原子核磁共振显微检测芯片的磁路设计-东南大学学报.PDF

第４１卷第３期 东南大学学报（自然科 学版 ） Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．３ 　 ２０１１年５月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＯＵＴＨＥＡＳＴＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） 　 Ｍａｙ２０１１ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－０５０５．２０１１．０３．０２０ 原子核磁共振显微检测芯片的磁路设计 陆荣生　 吴卫平　 倪中华 （东南大学江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室，南京２１１１８９） 摘要：基于磁路设计理论首先设计了一种适用于原子核磁共振显微检测芯片的永磁磁路；然后 根据磁路磁通折射定理和基尔霍夫第一定律对设计的磁路模型进行理论分析，提出了单一匀场 环磁路性能优化方法；最后利用有限元方法分别计算了优化前的磁路、单一匀场环优化后磁路和 传统的双匀场环优化后磁路．计算结果表明：相比优化前和采用传统的双匀场环优化后的磁路， 采用单一“匀场环”优化后的磁路其性能最优，工作区域内磁场强度和均匀度都得到了极大的提 －６ 高，磁场强度达到０７０３５４４Ｔ，工作区域内磁场均匀度为１４×１０ ．因此所设计的磁路能够较 好地满足原子核磁共振显微检测芯片的需求． 关键词：核磁共振芯片；单一匀场环；永磁体；折射定理；基尔霍夫定律 中图分类号：ＴＮ９４９６　　文献标志码：Ａ　　文章编号：１００１－０５０５（２０１１）０３０５３３０５ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｍｉｃｒｏｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｍａｇｎｅｔｉｃｃｉｒｃｕｉｔｆｏｒ ｎｕｃｌｅａｒｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｓｏｎａｎｃｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙｃｈｉｐ ＬｕＲｏｎｇｓｈｅｎｇ ＷｕＷｅｉｐｉｎｇ ＮｉＺｈｏｎｇｈｕａ （ＪｉａｎｇｓｕＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＤｅｓｉｇｎａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｅｏｆＭｉｃｒｏＮａｎｏＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１１１８９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｍｉｃｒｏｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｍａｇｎｅｔｉｃｃｉｒｃｕｉｔｓｐｅｃｉａｌｌｙａｐｐｌｉｅｄｉｎｎｕｃｌｅａｒｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｓｏ ｎａｎｃｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙｃｈｉｐｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｍａｇｎｅｔｃｉｒｃｕｉｔ．Ｂａｓｅｄｏｎｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｘｒｅｆｒａｃｔｉｏｎｌａｗａｎｄＫｉｒｃｈｈｏｆｆｓｆｉｒｓｔｌａｗ，ａｃｏｎｃｅｐｔｃａｌｌｅｄｓｉｎｇｌｅｓｈｉｍｍｉｎｇｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｆｏｒｏｐｔｉ ｍｉｚｉｎｇｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄｍａｇｎｅｔｃｉｒｃｕｉｔ．Ａｔｌａｓｔ ，ｐｒｉｍａｒｙｄｅｓｉｇｎｅｄｍａｇｎｅｔｃｉｒｃｕｉｔ， ｍａｇｎｅｔｃｉｒｃｕｉｔｏｐｔｉｍｉｚｅｄｗｉｔｈｓｉｎｇｌｅｓｈｉｍｍｉｎｇａｎｄｍａｇｎｅｔｃｉｒｃｕｉｔｏｐｔｉｍｉｚｅｄｗｉｔｈｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｄｏｕｂ ｌｅｓｈｉｍｍｉｎｇａｒｅｓｅｐａｒａｔｅｌｙｃｏｍｐｕｔｅｄｕｓｉｎｇＭａｘｗｅｌｌｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ（Ａｎｓｏｆｔ）ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗ ｔｈａｔｍａｇｎｅｔｃｉｒｃｕｉｔｏｐｔｉｍｉｚｅｄｗｉｔｈ‘ｓｉｎｇｌｅｓｈｉｍｍｉｎｇｈａｓｔｈｅｂｅｓｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅ ｏｔｈｅｒｔｗｏｍａｇｎｅｔｃｉｒｃｕｉｔｓ．Ｂｏｔｈｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｙａｒｅｉｍｐｒｏｖｅｄ －６ ｇｒｅａｔｌｙ．Ａｍａ