마이크로코일

Microcoil
폴리락티드와 탄소 나노튜브를 전도성 혼합하여 솔레노이드 마이크로코일을 3D 프린팅한다.[1]
스피룰리나 박테리아에 구리를 전기 도금하여 생성된 마이크로코일.[2]

마이크로코일은 나선형이나 나선형 모양의 와이어와 같은 작은 전기 전도체로, 솔레노이드나 평면 구조일 수 있다.

사용하다

NMR 분광 및 마이크로-MRI

이들이 발견되는 분야 중 하나는 핵자기공명(NMR) 분광학으로 1mm 미만의 무선주파수(RF) 코일을 식별한다.[3]

마이크로-MRI나 MRM의 검출 한계는 마이크로시스템 제작 기법을 활용하면 더욱 추진할 수 있다. 일반적으로 RF 수신기 코일은 검체에 밀접하게 부합하여 양호한 검출 감도를 보장해야 한다. 적절하게 설계된 NMR 프로브는 분석에 필요한 총 샘플 볼륨 대비 RF 코일에 의해 관측되는 샘플 볼륨의 비율인 관측 인자와, RF 코일에 의해 관측되는 샘플 볼륨의 비율인 충전 인자를 모두 최대화할 것이다.[4]

따라서 NMR 프로브의 소형화는 다음과 같은 두 가지 장점을 포함한다.

  1. 이러한 저농도 화합물의 분석이 불가능한 감도 증가
  2. 프로브를 샘플 볼륨에 일치시킴으로써 충전 인자의 증가.[5] 그러나, 더 작고 더 작은 체적을 가진 표본의 NMR 스펙트럼 추출은 정말 어려운 일이다. 이러한 부피 감소는 충분히 큰 표본의 생산의 어려움이나 분석 시스템의 소형화의 필요성에 의해 좌우된다. 두 경우 모두 NMR 신호의 최적 수신을 보장하는 무선주파수 코일의 신중한 설계가 필요하다.[6]

스핀 컨트롤

양자 과학 분야에서 마이크로코일은 멀티 qubit 스핀 레지스터와 양자 메모리로서 나노스케일 장치의 빠른 스핀 제어 또는 질소-바칸시 센터 주변과 같은 단일 핵 스핀의 작동에 증가하는 역할을 한다.[7] 기존 NMR과 달리 여기서는 마이크로코일이 작동기로만 사용된다. 핵 스핀 신호는 단일 전자 스핀의 광학 판독을 통해 검출된다.

원격측정 시스템

마이크로코일은 소형화된 임플란트에 에너지를 공급하기 위해 평면 마이크로코일을 사용하는 원격측정 시스템에서 유용성을 발견했다.[8]

마이크로코일형

NMR에서 일반적으로 사용되는 세 가지 마이크로코일 유형:

솔레노이드 마이크로코일

고전적인 기하학이 전류로 자기장을 만드는 것이다. 제한된 수의 권선에도 이 기하학은 합리적인 균질 B 필드를1 제공하며, 코일을 샘플을 포함하는 홀더에 직접 감음으로써 좋은 충전 계수가 가능하다. 수백 마이크로미터(µm)의 스케일로 소형화하는 것은 전선 직경(일반적으로 20~50µm)이 매우 작아지고 자유분방한 코일이 매우 섬세한 물체임에도 그리 어렵지 않다.[9] 직경 100µm 미만으로 감소가 가능하지만 이러한 코일의 가공과 취급은 다소 지루할 것이다. 이러한 이유로 벌크 마이크로마키닝, LIGA, 마이크로주입 성형과 같은 다른 마이크로 시스템 제작 기술을 적용해야 한다.[5] 솔레노이드 코일의 경우 코일에 더 많은 회전을 추가하면 B1/i 비율이 향상되어 인덕턴스와 신호 반응이 모두 향상된다. 동시에 코일 저항은 선형적으로 증가하므로 감도의 향상은 회전수(n)의 제곱근에 비례한다. 동시에 코일 중앙에는 더 큰 오미크 난방이 있을 것이고 아크의 위험도 증가될 것이다. 따라서 최적기는 일반적으로 제한된 회전 수에서만 발견된다. RF 성능 외에도, 수용성 효과로 인한 정전기장 왜곡은 마이크로코일 프로브헤드 설계에 중요한 요소다.

플라나르 마이크로코일

가장 일반적인 기하학적 구조는 얇은 산화층으로 전기적으로 격리된 다른 층에 대한 연결을 사용하여 외부와 접촉하는 중심 권선을 가진 나선형 설계에 기초한다. 이 구성에서 RF 코일의 축은 외부 정적장 B에0 수직으로 향한다.

안장 마이크로코일

안장 코일은 이 세 종류의 코일 중에서 가장 복잡한 형상을 보여준다. B1 필드는 주로 4개의 수직선 세그먼트에 의해 생성된다. 이 코일 기하학 때문에, 안장 코일의1 B 장은 평면 코일의 그것보다 z 방향으로 더 동질적이다. 안장 코일은 와이어로 형성될 수 있지만, 얇은 구리 호일로 식각되기도 하며, 그 다음 유리나 PTFE 튜브에 부착된다. 후자의 절차는 높은 기하학적 정밀도로 이어져 B의1 동질성이 향상된다. 안장 코일은 쉽게 접근할 수 있으며 자석 보어 내 사용 가능한 면적의 '필링 계수'를 제공한다. 이러한 이유로 그것은 NMR 현미경 검사에서 널리 사용된다. 그러나 이러한 이점은 감도 감소의 가격으로 달성된다. 안장 코일에 비해 동일 치수의 솔레노이드 코일의 감도 성능은 약 3배 좋다.[10]

참조

  1. ^ Guo, Shuang-Zhuang; Yang, Xuelu; Heuzey, Marie-Claude; Therriault, Daniel (2015). "3D printing of a multifunctional nanocomposite helical liquid sensor". Nanoscale. 7 (15): 6451–6. Bibcode:2015Nanos...7.6451G. doi:10.1039/C5NR00278H. PMID 25793923.
  2. ^ Kamata, Kaori; Piao, Zhenzi; Suzuki, Soichiro; Fujimori, Takahiro; Tajiri, Wataru; Nagai, Keiji; Iyoda, Tomokazu; Yamada, Atsushi; Hayakawa, Toshiaki; Ishiwara, Mitsuteru; Horaguchi, Satoshi; Belay, Amha; Tanaka, Takuo; Takano, Keisuke; Hangyo, Masanori (2014). "Spirulina-Templated Metal Microcoils with Controlled Helical Structures for THz Electromagnetic Responses". Scientific Reports. 4: 4919. Bibcode:2014NatSR...4E4919K. doi:10.1038/srep04919. PMC 4017220. PMID 24815190.
  3. ^ Webb, A.G. (2013). "Radiofrequency microcoils for magnetic resonance imaging and spectroscopy". Journal of Magnetic Resonance. 229: 55–66. Bibcode:2013JMagR.229...55W. doi:10.1016/j.jmr.2012.10.004. PMID 23142002.
  4. ^ Boero, G.; Bouterfas, M.; Massin, C.; Vincent, F.; Besse, P.-A.; Popovic, R. S.; Schweiger, A. (2003). "Electron-spin resonance probe based on a 100 μm planar microcoil". Review of Scientific Instruments. 74 (11): 4794. Bibcode:2003RScI...74.4794B. doi:10.1063/1.1621064.
  5. ^ a b Klein, Mona J K; Ono, Takahito; Esashi, Masayoshi; Korvink, Jan G (2008). "Process for the fabrication of hollow core solenoidal microcoils in borosilicate glass". Journal of Micromechanics and Microengineering. 18 (7): 075002. Bibcode:2008JMiMi..18g5002K. doi:10.1088/0960-1317/18/7/075002.
  6. ^ Behrooz, Pateh(2006) MRI-Cell Imaging을 위한 마이크로코일의 모델링, 시뮬레이션 및 최적화, 독일 Freiburg 대학교 석사 논문
  7. ^ Herb, Konstantin; Zopes, Jonathan; Cujia, Kristian; Degen, Christian (2020). "Broadband radio-frequency transmitter for fast nuclear spin control". Review of Scientific Instruments. 91 (11): 113106. arXiv:2005.06837. doi:10.1063/5.0013776.
  8. ^ Neagu, C.R.; Jansen, H.V.; Smith, A.; Gardeniers, J.G.E.; Elwenspoek, M.C. (1997). "Characterization of a planar microcoil for implantable microsystems". Sensors and Actuators A: Physical. 62 (1–3): 599–611. doi:10.1016/S0924-4247(97)01601-4.
  9. ^ Bentum, P. J.; Janssen, J. W.; Kentgens, A. P. (2004). "Towards nuclear magnetic resonance micro-spectroscopy and micro-imaging". The Analyst. 129 (9): 793–803. Bibcode:2004Ana...129..793B. doi:10.1039/b404497p. hdl:2066/60304. PMID 15343393.
  10. ^ Haase, A., Odoj, F., Von Kienlin, M., Warnking, J., Fidler, F., Weisser, A., Nittka, M., Rommel, E., Lanz, T., Kalusche, B. and Griswold, M. (2000). "NMR probeheads forin vivo applications". Concepts in Magnetic Resonance. 12 (6): 361–388. doi:10.1002/1099-0534(2000)12:6<361::AID-CMR1>3.0.CO;2-L.{{cite journal}}: CS1 maint : 복수이름 : 작성자 목록(링크)

외부 링크