[發明專利]一種基于尼爾弛豫時間的磁納米溫度測量方法

有效

• 申請號: 202111505912.0
• 申請日: 2021-12-10
• 公開（公告）號: CN114112098B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 劉文中;張芝慧;劉景鑫
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01K7/36
• 分類號: G01K7/36
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 夏倩

本發明公開了一種基于尼爾弛豫時間的磁納米溫度測量方法，屬于納米測試技術領域。本發明利用尼爾弛豫時間與溫度的對應關系，實現溫度測量，可適用于靶向納米粒子在單細胞尺度下的體內環境溫度測量，生物組織窗口下的細胞群尺度下的體內環境溫度監控等醫學應用場景，并為微尺度金屬部件表面溫度的監測提供了一種解決方案；本發明在構建溫度與尼爾弛豫時間之間關系時，考慮了場強大小的影響，增加了與場相關的修正項，適用于更寬的交流激勵磁場強度范圍；本發明采用響應信號的高次諧波磁化率，可一定程度上避免環境中抗磁性或其它順磁性物質的干擾，進一步提高測溫精度，擴展了應用場景。

技術領域

本發明屬于納米測試技術領域，更具體地，涉及一種基于尼爾弛豫時間的磁納米溫度測量方法。

背景技術

溫度是自然界中物質最基本的物理量之一，作為一個極其重要的過程量，溫度的測量對認知自然界中物質及各種物理現象的本質具有重要的意義。雖然傳統的溫度測量技術已經得到了較為完善的發展，但對于某些非常規卻又常見的情況，如醫學治療中對生物在體細胞、組織溫度的有效監測，以及工業生產中對金屬表面溫度的實時監測等，傳統的溫度測量方法已經無法滿足其測溫需求，不再適用。

2009年，John.B.weaver首次提出利用磁性納米粒子材料進行溫度估計的方法。其團隊通過交流磁場激勵下磁納米響應信息的三、五次諧波與溫度的對應關系，實現了精度為0.3K的溫度測量。2012年劉文中教授團隊基于郎之萬順磁靜態模型，提出了利用磁性納米粒子靜態磁化率實現磁納米精確測溫的方法。然而上述方法基于磁性納米粒子的靜態磁化模型提出，并不適用于中高頻磁場中的溫度測量。

2015年，何樂等針對中高頻磁場激勵下的磁納米測溫，基于德拜弛豫模型提出了一種磁性納米粒子交流磁化率的溫度測量方法。根據交流磁化率虛部與實部的比值計算磁性納米粒子膠體溶液的布朗弛豫時間，再結合布朗弛豫時間的理論公式反演溫度T，實現了中高頻激勵下的磁納米測溫。2016年，杜中州等基于德拜弛豫模型提出了一種基于有效弛豫時間的磁納米溫度測量方法，根據獲取的磁納米響應諧波幅值計算有效弛豫時間，再由布朗弛豫時間、尼爾弛豫時間及有效弛豫時間的理論公式計算溫度T，實現溫度測量。2020年王丹丹基于Fokker-Planck方程對磁納米粒子動態行為的準確描述，通過增加補償函數G，結合郎之萬順磁靜態模型，構建了高頻激勵下一種主要考慮尼爾弛豫的諧波補償磁納米測溫模型。

目前已有的適用于中高頻激勵的磁納米測溫方法均基于磁納米粒子膠體溶液樣品提出，對于某些磁性納米粒子被固定的溫度測量應用場景，如醫學治療中結合在靶向細胞、附著于生物組織結構中的磁性納米粒子、工業生產中鍍在金屬絕緣層表面的磁納米粒子薄膜，此時只有尼爾弛豫機制對磁性納米粒子的動態磁化行為起作用，故當前已有的基于交流磁化率獲取布朗弛豫時間，從而反演得到溫度T的方法無法應用于如上述場景下的溫度測量。自然界中物質大多都為抗磁性，因而還需考慮環境中抗磁性物質對磁納米溫度測量的干擾，同樣地，已有的交流磁化率測溫方法未考慮這一因素，無法適用于抗磁性干擾過大的應用場景。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于尼爾弛豫時間的磁納米溫度測量方法，其目的在于針對磁性納米粒子被固定的溫度測量應用場景，提高溫度測量的準確度。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于尼爾弛豫時間的磁納米溫度測量方法，包括：

S1.檢測交流激勵磁場下待測對象區域的磁感應強度

S2.將固體磁性納米粒子材料放置于待測對象區域內，檢測交流激勵磁場下固體磁性納米粒子的磁化響應信號

S3.利用磁感應強度的幅值和相位、磁性納米粒子的磁化響應信號的諧波幅值和相位，計算磁性納米粒子交流磁化率；

S4.根據磁性納米粒子交流磁化率和交流激勵磁場頻率，計算磁納米粒子的尼爾弛豫時間；

S5.利用尼爾弛豫時間反解待測對象區域溫度。