[发明专利]一种基于顺磁位移的磁纳米粒子浓度与温度测定方法

说明书

本发明公开了一种基于顺磁位移的磁纳米粒子浓度与温度测定方法，利用核磁共振设备通过测量含顺磁性颗粒的液体样品化学位移来进行磁纳米粒子浓度及温度测量，有效实现高测量精度的浓度与温度测量。在核磁共振样品试剂中添加顺磁性磁纳米粒子，通过核磁共振得到样品的顺磁位移。利用顺磁位移获取共振频率，依照共振频率与磁纳米粒子磁化率的关系获取磁化率，进一步根据磁纳米粒子磁化率与浓度、温度的关系反解样品浓度信息及温度信息。从仿真数据来看，利用顺磁位移信息可以有效地实现磁纳米粒子样品的浓度测量以及高精度温度测量。

技术领域

本发明涉及纳米材料测试技术领域，具体涉及一一种基于顺磁位移的磁纳米粒子浓度与温度测定方法。

背景技术

温度是生命活动的重要表征，在医学治疗时，许多疾病可以通过改变温度从而得到治疗。针对活体的非侵入式可视化温度测量，不仅仅要求温度测量准确，还要求温度探针需要准确定位。磁共振成像测温是目前的多种无创测温方法中较为具有前景的一种温度测量方法，然而其主要是基于目前核磁共振成像的相关参数具有温度敏感性，其原理决定了其测量结果会受到人体组织内一些与温度相关的参数的影响，例如脂肪的存在会造成造成温度估计的误差，而即便同一组织，组织结构的变化引起的温度敏感系数的变化也会造成温度数值的变化呈现非线性。到目前为止，核磁共振成像的空间分辨率在1mm，核磁共振成像测温精度在1℃。

近年来，基于磁纳米颗粒磁温特性的温度测量方法以及磁纳米粒子成像得到了快速的发展。2005年。B.Gleich和J.Weizenencker利用直流梯度磁场进行空间编码，通过检测磁纳米粒子在交流磁场和梯度场作用下的磁化响应信号首次实现磁纳米粒子成像，2009年，John.B.Weaver首次提出利用磁纳米粒子进行温度估计的方法，2011年刘文中等人通过测量直流磁场下磁纳米粒子的磁化率倒数实现了温度的测量。2012年及2013年刘文中等人分辨实现了交流磁场激励下基于磁纳米粒子磁化强度的温度测量以及三角波激励下基于磁纳米粒子磁化强度的温度测量。

磁纳米粒子例如氧化铁纳米粒子作为一种具有对生物无毒表现的物质，基于其温度敏感性，为实现活体内部可视化温度测量提供了可能方案，但基于磁纳米粒子的温度测量与浓度成像在高精度测量以及高空间分辨率成像方面尚面临挑战，而目前核磁共振波谱仪探测能力达到ppm级。因此寻求一种能够将磁纳米粒子的测温原理与核磁共振波谱仪的原理相结合的温度测量方法，以追求实现在体高精度可视化温度测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于顺磁位移的磁纳米粒子浓度与温度测定方法，能够通过获取磁纳米样品核磁共振顺磁位移来有效实现磁纳米粒子的浓度信息以及高精度温度测量。

一种基于顺磁位移的磁纳米粒子浓度与温度测定方法，包括如下步骤：

(1)将磁纳米样品添加入待测实验试剂中；

(2)将未含磁纳米粒子的纯试剂和含磁纳米粒子的实验试剂和放入均匀磁场磁场强度为H₀的核磁共振设备中，分别检测得到纯试剂和实验试剂的共振吸收峰的位移，即化学位移δ_R和δ_S；

(3)分别依据纯试剂和实验试剂的化学位移δ_R和δ_S，求解得到纯试剂和实验试剂的共振频率υ_R和υ_S；

(4)将纯试剂和实验试剂的共振频率υ_R和υ_S代入磁纳米粒子磁化率计算公式其中，χ_S为磁纳米粒子磁化率；当样品方向与磁场方向垂直时，α＝2π；当样品方向与磁场方向平行时，α＝0；

(5)构建磁纳米粒子在静磁场激励下其磁化强度与温度敏感特性方程式其中M_s为磁纳米粒子饱和磁化强度，N为磁纳米样品浓度，V为磁纳米粒子体积，H为激励磁场强度，k为波尔兹曼常数，T为温度；