[发明专利]一种生物内源磁颗粒检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁颗粒检测装置，特别涉及一种利用扫描超导量子干涉仪显微镜技术并结合磁化退磁线圈检测生物内源磁颗粒的装置。

背景技术

目前，研究发现在多种细菌、动物体内和人脑中存在磁性颗粒。这些磁性颗粒通常是由结晶赤铁矿(γ-Fe₂O₃)和磁铁矿(小粒径Fe₃O₄，超顺磁)组成，单个磁颗粒的大小通常在20纳米至100纳米之间。对这些磁颗粒磁性的检测手段通常是利用装有超导量子干涉仪传感器的磁性测量系统MPMS(Quantum Design公司制造)测量等温剩磁曲线。但是该系统需要将样品位于接收线圈中间，这样就无法获取生物内源磁颗粒的位置信息。

上世纪80年代初期，IBM公司利用超导量子干涉仪传感器搭建的扫描超导量子干涉仪显微镜能够实现对微小样品进行扫描成像，得到样品的二维磁场分布图。随后1993年伊利诺斯大学的L.N.Vu和D.J.Van.Harlingen等人，1997年德国Giessen大学的J.Dechert和Mueck等人，1999年瑞典哥德堡的A.Y.Tzalenchuk等人，2002年纳什维尔范德比尔大学的F.Baudenbacher等人分别研制了不同类型的扫描超导量子干涉仪显微镜。现有的这些扫描超导量子干涉仪显微镜既有低温超导量子干涉仪作为传感元件的也有高温超导量子干涉仪作为传感元件的，在类型上主要有冷样品和热样品两种。对冷样品类型，系统的构造相对要复杂，为了获得高的空间分辨率，超导量子干涉仪必须尽量靠近被测样品表面，甚至与被测样品贴在一起，这样需要有较为复杂的位置反馈系统。虽然冷样品类型的扫描超导量子干涉仪显微镜获得高的空间分辨率，但是在某些应用中，它还是受到一些限制，例如对样品的准确定位方面、样品的更换方面，特别不适合于生物样品的测量，因为生物样品一般只能常温常压状态下测量。对热样品，系统相对简单但牺牲了空间分辨率，这种类型的显微镜的主要优点是对被测样品几乎没有限制而且更换样品非常方便，因此常用于生物样品测量和无损检测中。这些研究均要求样品本身能发出磁信号，然而生物内源磁颗粒一般并不能发出磁信号，需要利用磁化线圈对生物内源磁颗粒进行磁化，这样就不能直接利用扫描超导量子干涉仪显微镜对含有磁颗粒的生物样品进行测量。另一方面，在测量这些生物内源磁颗粒的磁特性(如：等温剩磁曲线)时，同样需要利用线圈对样品进行磁化和退磁。

申请号为200310122728.3的中国专利高温超导量子干涉器用可调距液氮金属杜瓦描述了一种用于扫描超导量子干涉仪显微镜的标准杜瓦结构，该专利缺少磁化退磁线圈，无法实现对生物内源磁颗粒的检测，另外该杜瓦利用高温超导量子干涉仪作为磁传感器，相对低温超导量子干涉仪磁通灵敏度相差三个数量级。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足和缺陷，设计一种生物内源磁颗粒检测装置：一种具有磁化退磁单元的扫描超导量子干涉仪显微镜。

本发明生物内源磁颗粒检测装置，空间分辨率在微米级，磁场灵敏度在级，可实现对生物内源磁颗粒的检测和磁场分布的二维成像。

本发明生物内源磁颗粒检测装置将磁化退磁单元集成到扫描超导量子干涉仪显微镜中，同时要求磁化退磁单元不影响扫描超导量子干涉仪显微镜的正常工作，即磁化场不能影响生物内源磁颗粒剩磁信号的测量。

本发明生物内源磁颗粒检测装置主要包括低温超导量子干涉仪检测单元、磁化退磁单元、生物样品二维移动平台、移动平台与磁化退磁单元控制器、数据处理系统和磁屏蔽室。其中低温超导量子干涉仪检测单元包括低温无磁杜瓦、低温直流超导量子干涉仪、前置放大器、低温数据线和梯度接收线圈。生物样品二维移动平台包括移动平台和无磁样品架。

低温超导量子干涉仪检测单元主要完成生物弱磁信号的检测采集工作。其中低温无磁杜瓦采用全无磁材料铝、紫铜和蓝宝石制作，以保证低温超导量子干涉仪工作在液氦温区(4.2K)的同时，使得梯度接收线圈最大程度的接近室温生物样品，距离最近可达几百微米。梯度接收线圈为一阶梯度计形式。一阶梯度计由两个串联的绕向相反的单匝线圈构成。一方面，这种一阶梯度计形式的接收线圈能够有效滤除远场的噪声信号，保留近场的有用信号。另一方面，相对于高阶梯度计，一阶梯度计形式的线圈制作和安装更容易。将铌钛超导丝粘贴在蓝宝石冷指上构成梯度接收线圈。梯度接收线圈通过铌钛螺钉与超导量子干涉仪传感器的输入线圈连接，将生物内源磁颗粒的磁通耦合到超导量子干涉仪超导环上。