[发明专利]三角波激励磁场下磁性纳米粒子粒径分布测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米测试技术领域，更具体地，涉及一种三角波激励磁场下磁性纳米粒子粒径分布测量系统及方法。

背景技术

利用磁性纳米粒子进行浓度温度成像以及肿瘤热疗是一种新型的技术。磁性纳米粒子的粒径分布作为其一种固有属性，影响磁性纳米粒子的应用特性，因此有必要对其进行完全研究。常用的粒径分布测量方式有透射电子显微镜(Transmission electron microscope，TEM)、动态光散射(Dynamic Light Scattering，DLS)等，均是通过其物理特性进行直接测量。TEM和DLS方法具有很高的精确度，但是设备昂贵，测量成本高。

磁性纳米粒子在高温下也即医学应用温度范围内的磁化曲线满足郎之万方程，包含着温度、粒径分布等有关信息。从磁化曲线中提取出磁性纳米粒子的粒径分布是一种常用方式，例如奇异值分解算法及磁化曲线拟合等。奇异值分解算法的优势是可以在粒径分布未知的情况下通过求解矩阵方程得到粒径分布，缺点在于矩阵方程条件数过大，容易引起虚假震荡等问题。磁化曲线的拟合通常假设磁性纳米粒子的粒径服从正态分布或者对数正态分布，可以联合磁性纳米粒子的ZF(zero field)、ZFC(the zero-field cooling)曲线共同得到准确的粒径分布,但是ZF、ZFC曲线的获取需要严苛的低温条件。

对上述各种技术进行分析可以得知，有必要研究一种成本低、实验条件不苛刻同时具有较高精确度的粒径分布测量方式。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种三角波激励磁场下磁性纳米粒子粒径分布测量系统及方法，其目的在于利用三角波激励磁场下磁性纳米粒子的磁化曲线实现粒子粒径分布测量。

按照本发明的一个方面，本发明提供一种三角波激励磁场下磁性纳米粒子粒径分布测量系统，包括激励磁场产生模块、磁场测量模块、数据采集处理模块，其中：

所述激励磁场产生模块包括函数波形发生器、功率放大器以及亥姆霍兹线圈，所述函数波形发生器产生的信号通过所述功率放大器进行放大后，驱动所述亥姆霍兹线圈产生激励磁场；

所述磁场测量模块包括采样电阻、探测线圈以及信号调理电路，所述采样电阻与所述亥姆霍兹线圈串联，用于通过检测所述采样电阻上的电压信号实现激励磁场的测量；所述探测线圈放置在所述亥姆霍兹线圈的中心区域，用于测量磁性纳米粒子样品磁化强度；所述信号调理电路对所述探测线圈输出的感应电压信号进行放大、滤波，并将所述感应电压信号还原成磁性纳米粒子样品磁化强度；

所述数据采集处理模块包括数据采集卡和计算机，所述数据采集卡将激励磁场波形和磁性纳米粒子样品磁化强度波形采集进所述计算机，所述计算机用于背景磁场的抑制、磁性纳米粒子磁化曲线的获取以及磁性纳米粒子粒径分布的获取。

按照本发明的另一方面，本发明提供一种三角波激励磁场下磁性纳米粒子粒径分布测量方法，包括以下步骤：

步骤1将磁性纳米粒子样品放置在如上所述的磁性纳米粒子粒径分布测量系统中；

步骤2向磁性纳米粒子样品所在的区域施加三角波激励磁场；

步骤3同时测量三角波激励磁场和磁性纳米粒子样品的磁化强度；

步骤4获得磁性纳米粒子的磁化曲线；

步骤5对所述磁化曲线进行拟合，得到磁性纳米粒子的粒径分布。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明在准确获得磁性纳米粒子的磁化曲线的基础上，可以直接从磁化曲线中提取出磁性纳米粒子的粒径分布。磁性纳米粒子的磁化曲线可以在实验装置上获取，不需要借助其他外部磁场测量设备，测量成本低。利用全局搜索等优化算法可以从磁化曲线中准确地提取出粒径分布，不需要借助磁性纳米粒子的其他特性，测量过程快速简易。本发明的测量方法不仅对单一粒径分布的磁性纳米粒子适用，对存在二聚体的磁性纳米粒子也同样适用。

附图说明

图1为不同粒径分布的磁性纳米粒子的磁化曲线示意图；

图2为本发明三角波激励磁场下磁性纳米粒子粒径分布测量的框架图；

图3为本发明磁性纳米粒子粒径分布测量方法的流程图；

图4a为磁性纳米粒子粒径是单一对数正态分布的仿真结果示意图；

图4b为磁性纳米粒子粒径是多对数正态分布的仿真结果示意图。

具体实施方式