[发明专利]平面微型射频线圈与微流通道的集成结构

说明书

技术领域

本发明涉及核磁共振检测领域，特别涉及一种用于微流体核磁共振检测的平面微型射频线圈与微流通道的集成结构。

背景技术

核磁共振波谱检测技术对样品具有非破坏性，因而广泛应用于化学、生物医学、生命科学和材料科学等领域。但是与其他分析方法如红外光谱分析、质谱分析等相比，由于在核磁共振(nuclear magnetic resonance，NMR)技术下，原子核系统达到热平衡状态，各个能级状态下的核数目几乎相等，从而导致核磁共振波谱检测技术灵敏度(或信噪比)很低，一般它的样品检测极限大约为10^-9mol。根据经典的信噪比公式(Hoult，D.I.and R.E.Richards，SIGNAL-TO-NOISERATIO OF NUCLEAR MAGNETIC-RESONANCE EXPERIMENT.Journal ofMagnetic Resonance，1976.24(1)：p.71-85.)，信噪比与线圈的灵敏度成正比，降低线圈的直径能提高线圈灵敏度，尤其当样品微量或稀有贵重时，使用正好容纳样品的微型线圈对提高信噪比有很大作用。主流研究的螺线管线圈是在毛细玻璃管上采用缠绕导线进行制作，线圈微型化制作不易实现，所以部分学者投向了平面微型射频线圈的研究。平面微型射频线圈可以在光刻胶上运用微制造光刻技术形成凹槽和采用铜电镀技术，进行自动化和批量化制造；另外随着上世纪九十年代微总分析系统的提出，平面微型射频线圈易与微流控芯片集成结合。(Trumbull，J.D.，et al.，Integrating microfabricated fluidic systems and NMR spectroscopy.IeeeTransactions on Biomedical Engineering，2000.47(1)：p.3-7.)文献最早提出将平面微型射频线圈与微流通道集成用于核磁共振波谱检测，不过由于填充因数小和单匝线圈的高阻抗导致信噪比低。(Massin，C.，et al.，Planar microcoil-basedmicrofluidic NMR probes.Journal of Magnetic Resonance，2003.164(2)：p.242-255.)文献中分别在525微米厚的A耐热玻璃下表面和B耐热玻璃上表面HF酸刻蚀深度为75微米的流道，在B耐热玻璃的下表面刻蚀(或钻孔)进管孔和出管孔；A耐热玻璃下表面和B耐热玻璃上表面在温度600℃下对准键合，形成封闭的微流通道；为了使线圈与微流通道中的样品之间的垂直距离为140微米，在键合玻璃上表面(A耐热玻璃的上表面)运用机械抛光将A耐热玻璃厚度从525微米降到65微米；再在键合玻璃上表面运用光刻和电镀技术依次制作出焊盘(和导线)、导通孔和平面微型射频线圈。(Wensink，H.，D.C.Hermes，andA.van den Berg，High signal to noise ratio in low field NMR on chip，simulations andexperimental results.Mems 2004：17th Ieee International Conference on MicroElectro Mechanical Systems，Technical Digest，2004：p.407-410.)文献中与Massin有些区别，采用炮口风(powder blaste)在两块Borofloat玻璃上形成横截面为圆V型流道；在600℃下将两块玻璃键合一起；为了使线圈与微流通道的距离为80微米，采用HF酸刻蚀键合玻璃；最后再电镀制作线圈。由此可见他们为了使线圈与微流通道之间达到短距离目标，采用机械抛光或HF酸深刻蚀键合玻璃等技术，从而使后续进行的核磁共振波谱分析表现出良好的效果。但是实际工艺中，机械抛光玻璃和HF酸深刻蚀玻璃(占玻璃原厚度的80％～90％)技术难度大，操作中玻璃易碎，不易实现线圈与微流通道之间的短距离目标，从而会降低微流体核磁共振检测灵敏度。国内研究学者王明在中国专利申请号为200610164809.3中，在聚酰亚胺基片一面制作平面微型射频线圈，另一面刻蚀形成微流通道结构，但是实际操作中不易实现。线圈与微流通道之间的目标距离很小(如100微米)时，就会使聚酰亚胺很薄，这样不易一面制作线圈和在另一面制作微流通道；另外，聚酰亚胺深刻蚀制作微流通道不易实现。

发明内容