基于原子核磁共振原理的低成本细胞显微检测芯片的研究

基于申请者前期在微流控生物芯片领域的研究成果和工作基础，研究探索一种集成原子核磁共振技术和微流控分离芯片为一体的低成本细胞显微检测芯片，实现对细胞进行输运、分离和生物学标记物检测，解决原子核磁共振检测技术在微系统环境下检测和集成应用的难题，从而为建立以微流控芯片为基础的重大疾病的快速、准确、低成本的检测和早期诊断提供基础。.课题主要研究内容涉及：基于原子核磁共振原理的细胞显微检测芯片机理的研究；微流体环境下多物理场耦合作用的细胞生物粒子核自旋进动规律的研究；在此基础上，进行微型射频线圈的设计、优化、制作工艺及射频脉冲序列设计和数据处理算法的研究；以及微系统环境下主磁体磁路的设计、优化、制作及测试方法研究，最后整合申请者前期研究的基于介电泳技术的细胞分离芯片，研制基于原子核磁共振原理的低成本细胞显微检测芯片并进行其性能测试的实验研究。

核磁共振显微检测由于其无损性、低能耗性和便携性将在显微检测领域具有越来越重要的应用前景。本项目研究并分析了微流体核磁共振中样品流动对横向弛豫时间的影响规律及机理，建立了样品流动对横向弛豫时间影响的理论，并从理论上和实验两个方面研究了流速、本质横向弛豫时间和线圈长度对表观横向弛豫时间的影响；建立了微型线圈几何参数与信噪比之间关系的数学模型，基于MEMS工艺，研制了微流控螺线管线圈，完成了微流控线圈电参数的测试，并设计相应的调谐匹配电路；提出了一种新型的具有单匀场环的微型永磁体磁路结构，并对磁路进行多目标优化，建立了磁路磁场强度与温度变化的关系模型；组装研制的核磁共振显微检测芯片的各个部件，完成了核磁共振显微检测芯片样机的制备，研究了芯片样机控制参数的合理设计；利用研制的样机开展性能测试和应用研究，通过与商业大型核磁共振仪器相比较，取得了良好的预期效果。