[发明专利]一种磁纳米颗粒检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁纳米颗粒检测装置。

背景技术

非线性磁化检测技术基于Langevin顺磁理论，利用激励磁场中被检测对象磁化场随激励磁场非线性变化的特性，实现样品中磁纳米颗粒的含量检测。

磁纳米颗粒是一种纳米级(1～100nm)磁性材料。在磁场中，当温度高于转变温度且低于居里温度时，磁纳米颗粒的磁矩远大于原子磁矩，呈超顺磁性，无矫顽力和剩磁，磁滞回线重合成一条曲线。磁纳米颗粒主要有三种类型，一是铁氧体颗粒，主要有γ-Fe₂O₃、MeFe₂O₄(Me＝Co，Ni，Mn)和Fe₃O₄颗粒等；二是金属型颗粒，主要有Fe、Co、Ni及其合金颗粒；三是氮化铁颗粒，Fe-N化合物主要有FeN、Fe₂N、ε-Fe₃N、Fe₁₆N₂等。磁纳米颗粒具有量子尺寸效应、表面效应、小尺寸效应及宏观量子隧道效应等磁学效应，具有良好的磁导向性、生物相容性和生物降解性，可以结合酶、DNA、蛋白质等生物功能分子，在生物高分子纯化、细胞分离、药物靶向运输、磁热疗、增强磁共振成像对比度、磁颗粒成像、磁免疫探针、农兽药残留检测等生物医学领域应用广泛。

欧洲专利EP1262766B1中提出了混合频率激励检测磁纳米颗粒原理，提出了多种基于该检测原理的检测装置拓扑结构。该专利只涉及该检测方法的理论分析，没有关于检测装置的具体设计方案。

欧洲专利EP2224236B1中提出了一种测量磁性材料磁化来实现生物分子检测的装置，对检测装置的线圈系统设计进行了叙述。利用两个空心圆柱线圈产生高频激励磁场和低频激励磁场，在线圈中心叠加形成混合频率激励磁场，感应线圈采用差分结构，检测区位于感应线圈的一侧。根据专利中提出的线圈结构难以实现满足检测需要的检测磁场条件，磁场强度难以满足检测需要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有高强度激励磁场实现难度大，磁纳米颗粒磁化饱和度低，谐波较弱的缺点，提出一种磁纳米颗粒检测装置。本发明可以提高磁纳米颗粒磁化饱和度，实现磁纳米颗粒检测。

本发明基于以下原理：偏置磁场H驱使磁纳米颗粒磁化趋向饱和，低频激励磁场H_f1与偏置磁场H方向相同时，磁纳米颗粒磁化饱和度更高，磁化呈非线性。低频磁场H_f1和高频磁场H_f2共同作用，H_f1>H_f2，f₁<<f₂，磁化信号中包含一系列磁纳米颗粒非线性磁化产生的谐波信号。低频激励磁场H_f1与偏置磁场H方向相反时，磁纳米颗粒磁化未饱和，磁化呈线性。测量频率为f_i＝mf₁+nf₂谐波的频谱，m和n是不同时为0的整数，可实现磁纳米颗粒的检测。

本发明检测装置包括电源、线圈系统和信号数据处理系统。电源的输出端与线圈系统相连，线圈系统由一个偏置磁场发生线圈、一个低频激励磁场发生线圈、一个高频激励磁场发生线圈和一个感应线圈组成；感应线圈的一端与信号数据处理系统输入端相连，输出检测信号。

所述的电源包括一个直流电源、一个交流电源和一个高频交流电源，直流电源与线圈系统的偏置磁场发生线圈相连，低频交流电源与线圈系统的低频激励磁场发生线圈，高频交流电源与线圈系统的高频激励磁场发生线圈相连。低频交流电源由低频信号发生装置和第一功率放大电路组成，高频交流电源由高频信号发生装置和第二功率放大电路组成，高频信号发生装置、低频信号发生装置的信号输出端分别与相应的功率放大电路的输入端相连。

所述的线圈系统的偏置磁场发生线圈、低频激励磁场发生线圈、高频激励磁场发生线圈和感应线圈共轴嵌套，四个线圈的几何中心重合于一点。所述的偏置磁场线圈采用亥姆霍兹线圈结构，低频激励磁场发生线圈和高频激励磁场发生线圈采用空心圆柱线圈结构或亥姆霍兹线圈结构；感应线圈为差分结构，组成感应线圈的两部分匝数相等，绕向相反，磁纳米颗粒位于感应线圈的一侧。

所述的信号数据处理系统由前置放大器和数据采集分析装置组成，前置放大器的输出端与数据采集分析装置的输入端相连。前置放大器对感应电压信号进行放大、滤波处理，数据采集分析装置对信号进行A/D转换、傅里叶分析、频谱测量及结果输出等。