Method Article

混频磁探测仪在平面样品成像磁性微粒

DOI:

10.3791/53869

⸱

June 9th, 2016

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1Advanced Vision System Research Section, Electronics & Telecommunication Research Institute (ETRI), 2Intelligent Cognitive Technology Research Department, Electronics & Telecommunication Research Institute (ETRI), 3Peter Grünberg Institute (PGI-8), Forschungszentrum Jülich

In This Article

Summary

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一种用于成像平面样品中的磁性粒子扫描器用的是平面混频磁性检测技术的发展。从颗粒的非线性nonhysteretic磁化磁互调产物的反应后的两频率激励被记录。它可用于取薄的生物样品的二维图像。

Abstract

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平面混频执行扁平样品的磁粒子成像（MPI）磁探测（P-FMMD）扫描仪的设置提出。它由上安装在U形支撑件的腿的样本两侧的两个磁测量磁头。样品被局部暴露于由两个不同的频率，有更强的组分在约77千赫的磁激励场和一个较弱的磁场在61赫兹。超顺磁性粒子的非线性磁化特性引起的互调产物的产生。的高频和低频磁场入射到磁非线性颗粒的选定和频分量由解调电子记录。在对比常规的MPI扫描器，由于两个频率的混合发生在本地对 - FMMD不需要强磁场的整个样品中的应用。因此，样品的横向尺寸只是由扫描范围和支撑的限制。然而，样品的高度决定了空间分辨率。在当前的设置，是限定于2毫米。作为例子，我们提出从样品中硅醇基基质，并与氨基硅烷基50纳米磁性颗粒1微米直径的颗粒磁赤铁矿收购了两家20毫米×25毫米毫米P-FMMD图像。的结果表明，该新型的MPI扫描器可以应用于生物薄样品的分析和用于医疗诊断目的。

Introduction

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磁性纳米颗粒（MNP）已发现在分子生物学和医学， 即广泛应用，用于生物分子的操纵和单电池1，用于选择性标记进行检测，2，3靶实体染色质调制，4和mRNA分离和癌症治疗5由于其超顺属性，它们是用于医疗成像特别有用。它们可以通过使用超导量子干涉仪（SQUID）检测服务，例如，如造影剂或示踪剂磁共振成像（MRI）或用于磁敏成像2,6的超顺磁性纳米颗粒，得到了良好的对比度，以人类的不同组织体，其是dia-或顺7因此，颗粒可以方便地用于获得人体部位具有相对良好的空间分辨率和灵敏度的医学图像。8

通过GLEICH和Weizenecker 9中引入帐篷">磁粉成像（MPI）技术利用粒子的磁化非线性的。在零或弱磁场偏差，MNP对频率f的交流激励的反应是强烈的，由于其大的易感性，尤其是粒子的非线性磁化引起谐波N·f的产生，其中n = 2，3，4 ...在高磁场偏置，谐波响应变弱，因为粒子被磁饱和，在在MPI技术中，样品完全除自由场线（FFL）或无场点（FFP）磁化。只有粒子靠近这条线或点将有助于样品的非线性响应。随着适当的接收器线圈的FFP和就业运动，GLEICH和Weizenecker获得MPI图片包含有1mm的空间分辨率。

为....

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Protocol

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1.设计一个平面FMMD测量头

  1. 选择的测量头线圈方案。根据图1选择的结构，由两个拾取线圈上面和两个样品下面的（ - ，+，+， - ）序列，与样品坐在两个（+），线圈之间的中心。该标志表示绕组， 即顺时针方向和方向，（+），（ - ）为逆时针方向。由此，拾取线圈的灵敏度变整个样品厚度几乎是均匀的。
    1. 放置励磁线圈，使得在拾取线圈直接感应信号，以防止前置放大器的饱和，实现到样品最大灵敏度抵消。满足这些基本的设计规则其它构造可设计。
  2. 指定最大样品厚度。在这里，使用2毫米。
    1. 选择拾取线圈的直径和长度类似于最大样本thickness。这里，为2毫米的内径被选择，这将产生3.7毫米为1.7mm绕组的高度的平均直径。线圈宽度为4mm。
    2. 选择导线直径和拾取线圈这样的绕组数，所有拾取线圈的总阻抗大致匹配的前置放大器的输入阻抗。这个条件强加的检测次数的限制。在运算放大器与1100Ω最佳的输入阻抗，这样所有四个线圈拾音器有0.08毫米直径600绕组。漆包线，得到95.3Ω的总欧姆串联电阻和1.9毫亨，这给919Ω阻抗的总电感。
  3. 制备高频激磁线圈17，使得在该示例的位置的磁场理想地达约0.5 mT的。例如，如果线圈的内径为3.8毫米，宽度为8.5毫米，风粒径约0.1mmφ476绕组瓦特愤怒。在这里，0.4 mT的一场场在f

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Results

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图5a示出的内双差分检测线圈的所计算出的灵敏度分布的坐标x的在样品平面的函数和y。它是通过确定在由所有四个检测线圈产生的中央平面中的所有点（X，Y）的磁场叠加在逆方法算出。相反，这个判断上述检测线圈对在每个这些点的磁矩灵敏度。计算被逼近线圈的高度可以忽略不计长的线圈进行。因此，在图5a中所示的灵敏度分布代表在扫描平面上的灵敏度地图，所谓的点扩散函数（PSF）。以类似的方式， 图5b示出作为轴向的函数的灵敏度坐标z和径向坐标r（R X 2 + Y 2），从而使在测量头的狭缝的灵敏度的垂直映射。原点x = 0和y = 0 的位于恰好在检测线圈的中心。上部和下部检测线圈的中心之间的间距为2毫米。线圈参数列于表1中.......

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Discussion

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测量技术利用了超顺磁性粒子的磁化曲线的非线性。双面测量头同时施加不同频率的两个磁激励场的样品，一个低频率（f 2）成分以驱动颗粒进入磁饱和和高的频率（f 1）探测场来测量非线性磁响应。尤其，入射场的两个谐波， 男 · 女 1和n·f 2和总和的频率中，M· 女 1 + N·f 2 的 （用整数M，N），则产生。这些互调产品是由差动卷绕拾取线圈检测到。因为它们位于远离样本参考线圈不拾取这些信号。他们服务的直接诱发高频EXCI抑制塔季翁否则将饱和的前置放大器。因此，由于超顺磁性物质的存在的微小和频信号变为衡量和计量。在读出电子，仅在总和频率f 1 + 2·互调产物f 2 的解调，因为它是最强的非线性分量，其存在不静态偏置.......

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Disclosures

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作者没有什么可透露的。

Acknowledgements

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这项工作是由ICT R＆MSIP / IITP，大韩民国（:B0132-15-1001，下一步成像系统的开发批准号）的D程序的支持。

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
磁性颗粒 "SiMAG Silanol"Chemicell （http://www.chemicell.com）1101-5磁性二氧化硅颗粒的水分散体，Maghemite，直径 1 &微;m
磁性纳米颗粒 "fluidMAG-Amine"Chemicell （http://www.chemicell.com）4121-5磁性纳米颗粒的水分散体，磁铁矿，直径 50 nm
微管 10 &l赫尔施曼劳工äTE （http://www.hirschmann-laborgeraete.de/?sc_lang=en）体积 10 &微量;L， 外径 400 &微;m，长度 40 mm
硝酸纤维素膜 Biodyne BThermo Scientific （http://www.thermoscientific.com）77016Biodyne B 尼龙膜，0.45 &微;米， 8 cm x 12 cm
DDS芯片 AD9834Analog Devices （http://www.analog.com）AD983420 mW功率，2.3 V至5.5 V，75 MHz 完备的 DDS
运算放大器 AD829Analog Devices （http://www.analog.com）AD829高速、低噪声视频运算放大器
模拟乘法器 MPY634德州仪器 （http://www.ti.com）MPY634宽带宽精密模拟运算放大器
高速缓冲器 BUF634德州仪器 （http://www.ti.com）BUF634250 mA 高速缓冲
运算放大器 OPA627德州仪器 （http://www.ti.com）OPA627精密高速 Difet（R） 运算
放大器 运算放大器 TL072德州仪器 （http://www.ti.com）TL072双通道低噪声 JFET 输入通用运算放大器
锁相放大器 SR830斯坦福仪器 （http://www.thinksrs.com）SR830100 kHz DSP 锁相放大器
XYZ 电动舞台韩国仁川科学城 （http://mkmsll.en.ec21.com/）
洁净室雨刷器Seoul Semitech Co （http://www.seoulsemi.com）CF-909尺寸 2.0 mm & 次 18 毫米

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Tseng, P., Judy, J. W., Di Carlo, D. Magnetic nanoparticle-mediated massively parallel mechanical modulation of single-cell behavior. Nat meth. 9 (11), 1113-1119 (2012).
  2. Borgert, J., et al. Fundamentals and applications of magnetic particle i....

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