[發明專利]一種基于順磁位移的磁納米粒子濃度與溫度測定方法

有效

• 申請號: 201810905464.5
• 申請日: 2018-08-10
• 公開（公告）號: CN108663391B
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 劉文中;郭斯琳
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N24/08
• 分類號: G01N24/08
• 代理公司: 42201 華中科技大學專利中心
• 代理人: 李智;曹葆青

本發明公開了一種基于順磁位移的磁納米粒子濃度與溫度測定方法，利用核磁共振設備通過測量含順磁性顆粒的液體樣品化學位移來進行磁納米粒子濃度及溫度測量，有效實現高測量精度的濃度與溫度測量。在核磁共振樣品試劑中添加順磁性磁納米粒子，通過核磁共振得到樣品的順磁位移。利用順磁位移獲取共振頻率，依照共振頻率與磁納米粒子磁化率的關系獲取磁化率，進一步根據磁納米粒子磁化率與濃度、溫度的關系反解樣品濃度信息及溫度信息。從仿真數據來看，利用順磁位移信息可以有效地實現磁納米粒子樣品的濃度測量以及高精度溫度測量。

技術領域

本發明涉及納米材料測試技術領域，具體涉及一一種基于順磁位移的磁納米粒子濃度與溫度測定方法。

背景技術

溫度是生命活動的重要表征，在醫學治療時，許多疾病可以通過改變溫度從而得到治療。針對活體的非侵入式可視化溫度測量，不僅僅要求溫度測量準確，還要求溫度探針需要準確定位。磁共振成像測溫是目前的多種無創測溫方法中較為具有前景的一種溫度測量方法，然而其主要是基于目前核磁共振成像的相關參數具有溫度敏感性，其原理決定了其測量結果會受到人體組織內一些與溫度相關的參數的影響，例如脂肪的存在會造成造成溫度估計的誤差，而即便同一組織，組織結構的變化引起的溫度敏感系數的變化也會造成溫度數值的變化呈現非線性。到目前為止，核磁共振成像的空間分辨率在1mm，核磁共振成像測溫精度在1℃。

近年來，基于磁納米顆粒磁溫特性的溫度測量方法以及磁納米粒子成像得到了快速的發展。2005年。B.Gleich和J.Weizenencker利用直流梯度磁場進行空間編碼，通過檢測磁納米粒子在交流磁場和梯度場作用下的磁化響應信號首次實現磁納米粒子成像，2009年，John.B.Weaver首次提出利用磁納米粒子進行溫度估計的方法，2011年劉文中等人通過測量直流磁場下磁納米粒子的磁化率倒數實現了溫度的測量。2012年及2013年劉文中等人分辨實現了交流磁場激勵下基于磁納米粒子磁化強度的溫度測量以及三角波激勵下基于磁納米粒子磁化強度的溫度測量。

磁納米粒子例如氧化鐵納米粒子作為一種具有對生物無毒表現的物質，基于其溫度敏感性，為實現活體內部可視化溫度測量提供了可能方案，但基于磁納米粒子的溫度測量與濃度成像在高精度測量以及高空間分辨率成像方面尚面臨挑戰，而目前核磁共振波譜儀探測能力達到ppm級。因此尋求一種能夠將磁納米粒子的測溫原理與核磁共振波譜儀的原理相結合的溫度測量方法，以追求實現在體高精度可視化溫度測量。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于順磁位移的磁納米粒子濃度與溫度測定方法，能夠通過獲取磁納米樣品核磁共振順磁位移來有效實現磁納米粒子的濃度信息以及高精度溫度測量。

一種基于順磁位移的磁納米粒子濃度與溫度測定方法，包括如下步驟：

(1)將磁納米樣品添加入待測實驗試劑中；

(2)將未含磁納米粒子的純試劑和含磁納米粒子的實驗試劑和放入均勻磁場磁場強度為H₀的核磁共振設備中，分別檢測得到純試劑和實驗試劑的共振吸收峰的位移，即化學位移δ_R和δ_S；

(3)分別依據純試劑和實驗試劑的化學位移δ_R和δ_S，求解得到純試劑和實驗試劑的共振頻率υ_R和υ_S；

(4)將純試劑和實驗試劑的共振頻率υ_R和υ_S代入磁納米粒子磁化率計算公式其中，χ_S為磁納米粒子磁化率；當樣品方向與磁場方向垂直時，α＝2π；當樣品方向與磁場方向平行時，α＝0；

(5)構建磁納米粒子在靜磁場激勵下其磁化強度與溫度敏感特性方程式其中M_s為磁納米粒子飽和磁化強度，N為磁納米樣品濃度，V為磁納米粒子體積，H為激勵磁場強度，k為波爾茲曼常數，T為溫度；