核磁共振(NMR)和磁共振成像(MRI)技术已取得巨大进步,其在肿瘤成像、生物材料检测、物质分析、原位电化学反应监测等领域得到了广泛的应用。射频线圈作为磁共振系统的核心部件之一,对磁共振实验结果的质量有着重要的影响。传统的磁流变线圈通常采用手工缠绕和印刷电路板光刻技术制造,这通常需要劳动密集型制造和二维制造工艺。因此,对于复杂或不规则的三维结构的线圈,尤其是在小型化的要求下,制造线圈是不精确和耗时的。此外,一些非常规核磁共振实验,如微升级样品检测和生化反应监测,需要定制的三维微流控样品结构与射频线圈集成。对于不同形状和尺寸的MRI样品或微流控系统,很难精确地拟合射频均匀区域,由于填充因子较低,导致信噪比(SNR)降低。
我们利用3D打印和液态金属填充技术来制作用于磁共振实验的集成射频探头前端。具有微米精度的三维打印探头前端一般由液态金属线圈、定制的样品腔和射频电路接口组成。结合不同的金属颗粒,对不同配比的液态金属和金属颗粒进行了优化。三维打印探头能够进行常规和非常规磁共振实验,包括原位电化学分析、连续流顺磁颗粒和离子分离的原位反应监测以及小体积样本磁共振成像。由于三维打印技术的灵活性和精确性,可以允许在微米尺度上精确地获得复杂的线圈几何形状,缩短了制作时间,扩展了应用场景。该研究利用高精度3D打印和液态金属灌注技术制备出包含有射频线圈和定制化样品管道结构在内的一体化磁共振射频探头前端,克服了传统磁共振三维微型线圈成型困难、与样品腔匹配程度差等问题,提高了探头的信噪比,为定制化的磁共振检测提供了新思路。
成果流程
