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Frequenzmisch Magnetische Erkennung Scanner für die Bildgebung magnetische Partikel in Planar Proben

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DOI:

10.3791/53869

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9. Juni 2016

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1Advanced Vision System Research Section, Electronics & Telecommunication Research Institute (ETRI), 2Intelligent Cognitive Technology Research Department, Electronics & Telecommunication Research Institute (ETRI), 3Peter Grünberg Institute (PGI-8), Forschungszentrum Jülich

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Ein Scanner zum Abbilden magnetischen Teilchen in planar Proben wurde unter Verwendung des planaren Frequenzmisch magnetischen Detektionstechnik entwickelt. Das magnetische Intermodulationsprodukt Antwort von der nichtlinearen hysteresefreie Magnetisierung der Teilchen wird bei einer Zweifrequenzanregung aufgezeichnet. Es kann verwendet werden 2D-Bilder von dünnen biologischen Proben zu nehmen.

Zusammenfassung

Der Aufbau eines planaren Frequenzmisch magnetischen Erfassungs (p-Autobahnmeistereien) -Scanner für magnetische Partikel Imaging (MPI) für flache Proben Durchführung präsentiert. Es besteht aus zwei magnetischen Meßköpfe auf beiden Seiten der auf die Schenkel eines U-förmigen Träger angebracht Probe. Die Probe wird lokal an einem magnetischen Erregungsfeld ausgesetzt, bestehend aus zwei unterschiedlichen Frequenzen, eine stärkere Komponente bei etwa 77 kHz und einer schwächeren Feld bei 61 Hz. Die nichtlinearen Magnetisierungseigenschaften von superparamagnetischen Teilchen führen zu der Erzeugung von Intermodulationsprodukten. Eine ausgewählte Summenfrequenzkomponente der hoch- und niederfrequenten Magnetfeld fällt auf den magnetisch nichtlinearen Teilchen wird durch eine Demodulationselektronik aufgezeichnet. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Scanner MPI, p-Autobahnmeistereien erfordert nicht die Anwendung eines starken Magnetfeldes auf die gesamte Probe durch Mischen der beiden Frequenzen lokal auftritt. Somit sind die seitlichen Abmessungen der Probe einfachdurch den Scanbereich und die Träger begrenzt. Jedoch bestimmt die Probenhöhe der räumlichen Auflösung. In der aktuellen Setup ist es auf 2 mm begrenzt. Als Beispiele stellen wir zwei 20 mm × 25 mm p-Autobahnmeistereien Bilder von Proben mit 1 & mgr; m Durchmesser Maghemitteilchen in Silanol-Matrix und mit 50 nm Magnetitteilchen in Aminosilan Matrix erworben. Die Ergebnisse zeigen, dass die neue MPI-Scanner zur Analyse von dünnen biologischen Proben und für Zwecke der medizinischen Diagnostik eingesetzt werden können.

Einleitung

Magnetischen Nanopartikeln (MNP) haben weit verbreitete Anwendungen in der Molekularbiologie und in der Medizin, also gefunden, für die Manipulation von Biomolekülen und Einzelzellen 1, für die Zieleinheiten selektiv Markierung zur Detektion, 2, 3 für Chromatin - Modulation, 4 und für die mRNA - Isolierung und Behandlung von Krebs . 5 aufgrund ihrer superparamagnetischen Eigenschaften sind sie für die medizinische Bildgebung besonders geeignet. Sie können zum Beispiel als Kontrastmittel oder Tracer für die Magnetresonanztomographie (MRT) oder für die Anfälligkeit Bildgebung Superconducting Quantum Interference Device (SQUID) Detektoren dienen. 2, 6 Die superparamagnetischen Nanopartikeln einen guten Kontrast zu den verschiedenen Geweben des menschlichen ergeben Körper, der dia- oder paramagnetisch sind. 7. Somit können die Partikel zweckmßigerweise medizinische Bilder von menschlichen Körperteilen mit relativ gute räumliche Auflösung und Empfindlichkeit zu erhalten verwendet werden. 8

Zelt "> macht The Magnetic Particle Imaging (MPI) Technik , die von Gleich und Weizenecker 9 eingeführt , die Magnetisierung des Teilchens Verwendung der Nicht - Linearität. Bei Null oder schwach Vormagnetisierungsfeld, ist die Antwort von MNP an eine Wechselanregung der Frequenz f stark aufgrund ihre große Anfälligkeit. insbesondere die nichtlinearen Magnetisierung des Teilchens Anlass zu der Erzeugung von harmonischen gibt n · f, mit n = 2, 3, 4 ... bei hohen Magnetfeldvorspannung, wird die harmonische Antwort schwach , weil die Partikel magnetisch gesättigt sind. In die MPI-Technik wird die Probe vollständig magnetisiert mit Ausnahme einer feldfreien Linie (FFL) oder einem feldfreien Punkt (FFP). nur Partikel in der Nähe dieser Linie oder Punkt wird der nichtlinearen Antwort der Probe beitragen. Mit dem Bewegung eines FFP und Einsatz geeigneter Empfangsspulen, Gleich und Weizenecker erworben MPI Bilder mit einer räumlichen Auflösung von 1 mm.

Damiterhalten Informationen über die räumliche Verteilung von MNP werden zwei Verfahren in der Regel verwendet wird , die mechanische Bewegung des Sensors in Bezug auf die Probe oder die Bewegung des FFL / FFP mittels Elektromagneten. 2, 3 Im letzteren Fall Bildrekonstruktionstechniken wie harmonisch-Raum MPI 3 oder X-Raum 10 MPI, 11, 12 sind erforderlich. Die räumliche Auflösung des MPI wird durch die Faltungseigenschaften der Anregungs- und Detektionsspulen sowie durch die Eigenschaften des magnetischen Feldgradienten bestimmt. Dies ermöglicht Bildrekonstruktionsalgorithmen eine verbesserte Auflösung gegenüber der nativen Auflösung zu erhalten, die durch die Maxwellschen Gleichungen bestimmt durch Größe und Abstand der Aufnahmespulen sowie durch die Magnetfeldverteilung bestimmt wird.

Ein MPI-Scanner ist in der Regel von einem starken Magneten besteht für die gesamte Probe zu magnetisieren, eine steuerbare Spulensystem für eine FFL oder FFP über die Probe zu steuern, eine hohe Frequenz excitation Spulensystem und ein Detektionsspulensystem zum Aufnehmen der nichtlinearen Antwort der Probe auf. Die FFL / FFP wird kontinuierlich durch das Probenvolumen, während die harmonische Antwort von dieser ungesättigten Probenbereich bewegt, wird aufgezeichnet. Um das Problem des Anbringens der Probe in den Scanner, ein einseitiges MPI - Scanner wurde von Gräfe et al gezeigt , zu vermeiden. 13, jedoch auf Kosten einer reduzierten Leistung. Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn die Probe durch die Magnete und Spulen umgeben ist. Weil die Probe vollständig magnetisiert werden muß, mit Ausnahme der FFL / FFP Region erfordert die Technik relativ großen und starken Magneten mit einer Wasserkühlung, was zu einer ziemlich sperrig und schwer MPI-System.

Unser Ansatz ist auf der Frequenz basierend auf der nichtlinearen Magnetisierungskurve von superparamagnetischen Partikeln vermischt werden . 14 Bei der Super-Paramagneten auf Magnetfelder bei zwei unterschiedlichen Frequenzen ausgesetzt sind (f 1 und f </ em> 2), sum Frequenzen eine lineare Kombination repräsentiert m · f 1 + n · f 2 (mit ganzen Zahlen m, n) erzeugt werden . Es wurde gezeigt , dass das Auftreten dieser Komponenten auf die Nicht - Linearität der Magnetisierungskurve der Teilchen hoch spezifisch ist. 15. Mit anderen Worten, wenn die MNP Probe gleichzeitig mit einer Antriebs Magnetfeld mit der Frequenz f 2 und einem Sondieren Feld bei der Frequenz ausgesetzt wird , f 1, erzeugen die Teilchen eine Antwortfeld bei der Frequenz f 1 + 2 · f 2. Diese Summenfrequenz wäre ohne die magnetisch nichtlinearen Probe nicht vorhanden sein, damit die Spezifität sehr hoch ist. Wir nannten diese Methode "Frequenzmisch magnetische Detektion" (Autobahnmeistereien). Es wurde experimentell nachgewiesen , dass die Technik einen Dynamikbereich von mehr als vier Größenordnungen in der Partikelkonzentration ergibt. 14

Im Gegensatz zu typischen MPI Instrumentierung, die planare Frequenzmisch magnetische Detektion (p-Autobahnmeistereien) Ansatz erfordert nicht die Probe zu magnetisieren schließen , weil die Erzeugung der Summenfrequenzkomponente f 1 + 2 · f bis zur Sättigung 2 ist maximal bei Null statischen Vormagnetisierungsfeld. 14 daher die Notwendigkeit für eine starke und sperrig Magneten gelindert wird. In der Tat sind die äußeren Abmessungen des Messkopfes nur 77 mm × 68 mm × 29 mm. Zum Vergleich sind MPI Setups typischerweise metergroße. 7 Der Nachteil ist jedoch, dass die Technik auf planare Proben mit einer maximalen Dicke von 2 mm in der aktuellen Einstellungen beschränkt. Die Probe relativ zu dem zweiseitigen Meßkopfes abgetastet werden. Eine Re-Konstruktion für dickere Proben erlaubt ist möglich, aber ist für einen Verlust an räumlicher Auflösung gehandelt werden.

Basierend auf dieser Technik Autobahnmeistereien, präsentieren wir eine besondere Art von MPI detector für planare Proben, die "planare Frequenzmisch magnetische Detektion" (p-Autobahnmeistereien) Scanner so genannte. Das Prinzip wurde vor kurzem veröffentlicht. 17 In dieser Arbeit konzentrieren wir uns auf die Methodik der Technik und Gegenwart Protokolle , wie eine solche Scanner einzurichten und wie Scans durchzuführen. Es hat sich gezeigt , dass MPI für medizinische Diagnosezwecke , wie beispielsweise Herz - Kreislauf oder Krebs - Bildgebung angewendet werden. 16, 18, ​​19 Daher glauben wir , dass die neue MPI - Scanner für eine breite Palette von möglichen Anwendungen verwendet werden kann, beispielsweise zur Messung von magnetischen Teilchen Verteilung in Gewebeschnitten.

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Protokoll

1. Design ein Planar Autobahnmeistereien Messkopf

  1. Wählen Sie eine Spule Schema für den Messkopf. Wählen Sie eine Konfiguration gemäß Figur 1, bestehend aus zwei Aufnahmespulen oberhalb und zwei unterhalb der Probe in einem (-, +, +, -) Sequenz, wobei die Probe zwischen den beiden (+) Spulen in der Mitte sitzt. Das Vorzeichen bezeichnet die Richtung der Wicklung, dh (+) für Rechts- und (-) für gegen den Uhrzeigersinn. Somit wird die Empfindlichkeit der Aufnahmespulen über die Probendicke fast homogen.
    1. Platzieren Sie die Erregerspulen, so dass der direkt induzierten Signals in den Aufnehmerspulen out aufhebt, um die Sättigung des Vorverstärkers zu verhindern und um eine maximale Empfindlichkeit gegenüber der Probe. Andere Konfigurationen, die diese grundlegenden Gestaltungsregeln erfüllen können erdacht werden.
  2. Geben Sie die maximale Probendicke. Hier verwenden 2 mm.
    1. Wählen, den Durchmesser und die Länge der Aufnahmespulen ähnlich dem maximalen Proben thickness. Hier wurde ein Innendurchmesser von 2 mm gewählt, die einen mittleren Durchmesser von 3,7 mm für die Höhe der Wicklungen von 1,7 mm ergibt. Die Spulenbreite beträgt 4 mm.
    2. Wählen Sie den Drahtdurchmesser und die Anzahl der Wicklungen der Aufnahmespulen, so dass die Gesamtimpedanz aller Aufnehmerspulen etwa die Eingangsimpedanz des Vorverstärkers übereinstimmt. Diese Bedingung erlegt Beschränkungen der Erfassungsfrequenz. In dem Fall eines Operationsverstärkers mit einer optimalen Eingangsimpedanz von 1,100 Ω alle vier Aufnahmespulen 600 Wicklungen von 0,08 mm Durchmesser aufweisen. Kupferlackdraht, insgesamt Ohmschen Serienwiderstand von 95,3 Ω und eine Gesamt Induktivität von 1,9 mH ergibt, die 919 Ω Impedanz gibt.
  3. Bereiten Sie die Hochfrequenz - Anregungsspulen 17 , so dass das Magnetfeld an der Position des Proben ideal auf etwa 0,5 mT beträgt. Wenn beispielsweise der Innenradius der Spule 3,8 mm ist und die Breite beträgt 8,5 mm, Wind 476 Wicklungen von 0,1 mm Durchmesser w ire. Hier wurde ein Bereich von 0,4 mT erreicht bei f 1 = 76.550 Hz.
  4. Bereiten Sie die niederfrequenten Anregungsspulen 17 , so dass das Magnetfeld an der Position des Probe etwa 5 mT ist. Wenn beispielsweise der Innenradius der Spule ist 5 mm und die Breite beträgt 8,5 mm, Wind 2,000 Wicklungen von 0,12 mm Durchmesser Draht. Der Aufbau ergab 5 mT bei f 2 = 61 Hz.

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Abbildung 1. Schematische Darstellung des p-Autobahnmeistereien Set-up. Zwei Messköpfe sind elektronisch miteinander verbunden. Die Probe wird in den Raum zwischen den Köpfen angeordnet. Detektionsspulen (+) messen das Probensignal, Gegen gewickelt Detektionsspulen (-) als Referenz dienen dem direkten Bereich der Hochfrequenz-Erregerspulen aufzuheben. Amp - Vorverstärker, x - Mischer, LPF - Tiefpassfilter, DAQ - Datenerfassung.target = "_ blank"> Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

2. Konstruieren der Messkopf

  1. Konstrukt die p-Autobahnmeistereien, so daß zwei Sätze von Erregungs- und Erfassungsspulen oberhalb und unterhalb der Probe angebracht sind. Jeder Satz von Spulen besteht aus einem niedrigen Frequenztreiberspule, einer Hochfrequenz-Erregerspule und eine Differentialdetektionsspule, die zwei entgegengesetzt gewickelten Aufnahmespulen in axialer Gradiometer-Konfiguration.
    1. Erlauben eine Verstellbarkeit von mindestens einer Erregerspule gegenüber dem Differentialdetektionsspule um in der Lage zu sein, direkte Induktion von der Hochfrequenzerregung in der Erfassungsspule auszugleichen. Zum Beispiel Halterung der Erregerspule auf einem Faden, der in Abhängigkeit von der Detektionsspule eine relative Bewegung der Erregerspule ermöglicht. Eine schematische Darstellung des p-Autobahnmeistereien ist in Abbildung 1 dargestellt. 2 zeigt eine technische Zeichnung und eine Fotografie des Aufbaus. ausführlichParameter der Spulen sind in Tabelle 1 aufgeführt.
  2. Montieren Sie die Spulensätze oberhalb und unterhalb der Probe auf einem starren Träger, mit koaxialer Ausrichtung, siehe Abbildungen 1 und 2. Stellen Sie sicher, dass die beiden Spulensätze zueinander nicht im Verhältnis vibrieren.
  3. Stellen Sie die Hochfrequenzabgleich des Messkopfs durch den Hochfrequenzanregungsstrom an die jeweiligen Erregungsspulensatz Anlegen Verändern der relativen Position zwischen ihnen, und gleichzeitig das detektierte Signal mit dieser Frequenz an der Detektionsspulensatz zu messen, unter Verwendung einer Ausrüstung, wie beispielsweise ein Oszilloskop oder einen Lock-in-Verstärker.
    1. Stellen Sie die direkt so günstig wie wenigen Millivolt induzierte Spannung, dh mehr als 1000-fach Unterdrückung der direkte Induktion. Bestimmen Sie die Grenze der Einstellbarkeit durch die Phasenverschiebung zwischen Erregungsstrom und detektierte Spannung beobachtet. Im Minimum ist die induzierte Spannung um 90 ° phasenverschoben zu vergleichen,d direkte Induktion.

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Abbildung 2. Technische Zeichnung und Foto von p-Autobahnmeistereien Kopf. Querschnitte entlang einer vertikalen Ebene (oben links) und eine horizontale Ebene (unten links) sind , sowie eine Fotografie des geöffneten Messkopf gezeigt , bevor Spulenwicklung. 1 - Aluminiumträger, 2 - ehemalige Spule für Detektionsspulen, 3 - Gewindespulenkörper für Erregerspulen, die nach oben / unten durch die Drehung werden kann, 4 - Probenträgerplatten, 5 - Aluminiumdeckel, 6 - Probe Stopper Unterstützung, 7 - Stopfen in x - Richtung, 8 - Stopfen in y - Richtung. 6 - 8 sind zur Abtastung entfernt. Die Größe des p-Kopf ist 77 Autobahnmeistereien mm × 68 mm × 29 mm. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

3. Richten Sie Messelektronik

  1. Konfigurieren Sie die EXCIAbschnitt tation, bestehend aus den beiden Oszillatoren und Leistungsverstärker für beide Tieftöner Spule und Hochfrequenz-Erregerspule.
    1. Stellen Sie den Niederfrequenztreiberabschnitt auf, mit einem Oszillator und einen Leistungsverstärker für die niedrige Frequenz f 2. Berechne die Leistung des Verstärkers, so daß er den erforderlichen Strom liefert, das Feld von etwa 5 mT in der Treiberspule zu erzeugen. Hier verwenden Sie einen Direct Digital Synthesis (DDS) Chip als programmierbare Oszillator. Beschäftigen eine High-Speed-Puffer als Leistungsverstärker.
    2. Stellen Sie die Hochfrequenz - Anregungsabschnitt auf, mit einem Oszillator und einem Leistungsverstärker für die hohe Frequenz f 1. Einrichten des Leistungsverstärkers, so dass er den erforderlichen Strom liefert, das Feld von etwa 0,5 mT in der Erregerspule zu erzeugen. Verwenden Sie einen DDS-Chip und einen High-Speed-Puffer als Oszillator und Leistungsverstärker verbunden.
  2. Konfigurieren Sie den Erfassungsabschnitt, bestehend aus einem preamplifier, einen ersten Mischer von der Hochfrequenz f 1, einem Zwischenverstärker und Filter, einen zweiten Mischer zum Demodulieren von zweimal der niedrigen Frequenz 2 · f 2 und einen Endfilter und Ausgangstreiber zu demodulieren. Alternativ können zwei Lock-in-Verstärker die Erfassungselektronik zu implementieren.
    1. Stellen Sie den Vorverstärker Bühne. Wählen Sie den Eingangsoperationsverstärker (OP), die Impedanz der Erfassungsspule unter Berücksichtigung und der Verstärkung-Bandbreite-Produkt. Führen des Rauschoptimierungsprozedur unter Berücksichtigung der angegebenen Spannungsrauschen und Stromrauschen des OP, wie in Ref erläutert. 10. Wählen eine Hochgeschwindigkeits rauscharmen Operationsverstärker mit einer Verstärkung von etwa 100 in der ersten Stufe. Die nachfolgende Stufe ist unkritisch, aber überprüfen, ob das Ausgangssignal im Spannungsbereich bleibt, also nicht verzerrt durch Überlastung. Hier verwenden einen rauscharmen JFET-Eingangsoperationsverstärker mit 4,3-facher Verstärkung.
    2. Richten Sie die frste Demodulationsstufe, f 1 das verstärkte Signal mit der hohen Frequenz multipliziert wird . Verwenden Sie einen analogen Multiplizierer-Chip und verweisen sie von einem zweiten separaten DDS-Chip, um eine einstellbare Phase zur Demodulation zu realisieren. Alternativ können Sie einen Lock-in-Verstärker als Vorverstärker (3.2.1), erster Demodulator (3.2.2) und der Hochfrequenzgenerator (3.1.2).
    3. Stellen Sie die Zwischen Verstärkung und Filterung Bühne. Implementieren einer Tiefpassfilter , so dass die Signalfrequenz bei 2 · f 2 Durchgänge ungestört während die unechte Hochfrequenzkomponenten bei f 1 und 2 · f 1 wirksam unterdrückt werden. Wählen Sie eine geeignete Zwischenverstärkung, beispielsweise durch die Auswahl von zwei Allzweckoperationsverstärker mit einer Gesamtverstärkung von etwa 100.
    4. Richten Sie die zweite Demodulationsstufe, das gefilterte und verstärkte Signal mit der doppelten niedrigen Frequenz multipliziert 2 · f 2. Benutzenein Analog-Multiplizierer-Chip und verweisen Sie von einem vierten separaten DDS-Chip, um eine einstellbare Phase zur Demodulation zu realisieren. Alternativ können Sie einen Lock-in-Verstärker, der zweiten Harmonischen Demodulation als Zwischenverstärker (3.2.3), die zweite Demodulator bei der zweiten Harmonischen (3.2.4) und Niederfrequenzgenerator (3.1.1).
    5. Stellen Sie die letzte Verstärkung und Filterung Bühne. Implementieren einer Tiefpassfilter , so dass die Signalfrequenz bei der Abtastfrequenz ungestört verläuft , während die unerwünschten Hochfrequenzkomponenten bei 4 · f 2 effizient unterdrückt werden. Wählen Sie eine geeignete endgültige Verstärkung, um die gewünschte Ausgangsspannungsbereich berücksichtigen. Verwenden zwei Allzweckoperationsverstärker mit einer Gesamtverstärkung von etwa 10.

4. Richten Sie 2D-Scanner

  1. Montieren Sie einen 2D-Scanner, so dass die Bewegungsebene an die Spule der Achse senkrecht.
  2. Steuern Sie den 2D-Scanner und synchron acquiring der Ausgangsspannung von der Messelektronik, um ein 2D-Bild des Signals Autobahnmeistereien der planaren Probe mit einem hausgemachten Skript in der Programmiersprache Python geschrieben zu erhalten.

5. Bereiten Sie Beispiel

  1. Verwenden Magnetitteilchen mit Durchmessern von 50 nm und 100 nm und Maghemit-Teilchen mit einem Durchmesser von 1 & mgr; m, von denen Konzentration 25,0 mg / ml. Waschen Sie die Lösung, die durch die magnetischen Partikel in Wasser gelöst wird, trennt sie mit Hilfe eines Magneten und das Wasser verworfen wird. Wiederholen Sie den Vorgang dreimal. Verdünnen Sie die magnetische Partikellösung mit destilliertem Wasser auf ein Zehntel.
  2. Bereiten Sie Papierpelletproben mit 2,0 mm Durchmesser durch Stücke aus saugfähigem Löschpapier unter Verwendung einer Biopsie punching. Genießen sie in magnetischen Kügelchen Lösung verschiedener Konzentrationen für 30 Sekunden und lassen Sie sie an der Luft trocknen lassen. Hier Einsatzkonzentrationen von 0,04, 0,2, 1, 5 und 25 mg / ml von 100 nm großen Teilchen.
  3. Bereiten Sie eine Probe, die eine nitrocellulos mite Membran mit einer Größe von 2,0 mm × 18,0 mm. Genießen Sie die Membran mit dem unverdünnten 1 & mgr; m Durchmesser Partikellösung. Vorbereitung einer Probe durch die Membran gleichmäßig Einweichen, und eine weitere durch einen Konzentrationsgradienten zu machen. Dies geschieht, indem die Enden der Membran in Kügelchen - Lösung mit verschiedenen Konzentrationen Einweichen, was in dem Konzentrationsgefälle (Abbildung 5).
  4. Vorbereitung einer Probe in einem Kapillarrohr von 10 & mgr; l Volumen, Außendurchmesser 400 um, Länge 40 mm. Füllen Sie das Kapillarrohr mit unverdünntem 50 nm Durchmesser Partikellösung. Bereiten Sie eine zweite microtube mit 20fach verdünnten Lösung (Mischungs 100 ul unverdünnte Lösung mit 1,9 ml Wasser).

6. Führen Sie 2D-Scan Autobahnmeistereien

  1. Wählen Abtastbereich entsprechend planar Abmessungen a × b der Probe. Geben Sie die Werte in der Scan-Software.
  2. Wählen Sie Schrittrichtung. Üblicherweise ist die kürzere der beiden planaren Dimensionen, nennen wir es b wird als Schrittrichtung gewählt werden, weil das weniger Schritte erfordert und somit weniger Beschleunigungs- und Verzögerungsphasen.
  3. Wählen Sie Scan - Geschwindigkeit v, unter Berücksichtigung der Signalreduzierung durch Tiefpassfilterung, siehe Diskussion. Stellen Sie die Geschwindigkeit auf einen Wert zwischen 1 und 7 mm / sec. Geben Sie den Wert in der Scan-Software.
  4. Wählen Sie Schrittabstand Δ b, unter Berücksichtigung , dass es nicht viel kleiner als die erreichbare räumliche Auflösung zu sein braucht, und die gesamte Scandauer t , die mindestens t = a / v · b / Δ b + 1) wird. Geben Sie den Schrittabstand in der Software.
  5. Montieren Sie die Probe auf dem 2D-Scanner. Fix it auf die Plastikplatte mit Klebeband.

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Abbildung 3. Foto von p-Autobahnmeistereien Messaufbau. Die Probe wird mit Klebeband auf dem Kunststoffträger durch den Motor bewegt befestigtStufe (links). Dann wird die Probe in der p-Kopf Autobahnmeistereien gescannt wird (rechts). Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

  1. Führen Sie den Scan durch Drücken der Starttaste. Die Scans der Figuren 5 und 6 Abdeckung eine 20,0 mm (x - Achse) × 25,0 mm (y - Achse) Bereich, dh, sechs 25 mm lange Spuren entlang der y - Achse, mit 4,0 - mm - Schritten in x - Richtung, in einer Stufe Geschwindigkeit abgetastet wurden von 1,0 mm / sec. Dies entspricht einer Scanzeit von etwa 2 min.

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Abbildung 4. Grafische Benutzeroberfläche der Scan - Software. Die Scan - Parameter werden hier eingegeben. Die Messung wird durch Drücken der roten Taste gestartet.

7. Bildverarbeitung

  1. Konvertieren Sie die Rohdaten in Matrixform eine homemad mite-Skript in Python. Melden Sie die Rohdaten des gesamten Scan zusammen mit zusätzlichen Werten in einer 2-Säulen-kommagetrennte Werte (CSV) Format-Datei. Die zusätzliche Spalte zeigt die die entsprechenden Daten während der Schrittbewegung zu erfassen. Die Script-Segmente die Rohdaten Spalte bei jeder Änderung der zusätzlichen Spalte Wert und entfernt die Datensegmente während der Bewegung zu treten. Es baut auch die sich ergebende Matrix, die durch die verbleibenden aufeinanderfolgenden Segmenten in Zeilen oder Spalten der Matrix setzen und schreibt die Matrix in eine CSV-Format-Datei.
    Hinweis: p-Bilder Autobahnmeistereien dieser Studie sind ein Python-Skript erzeugt. Die pyplot.contour-Funktion und die pyplot.imshow Funktion aus der matplotlib Bibliothek für Python werden für die Herstellung der Konturen und den Hintergrundfarben kumulativ verwendet wurden.

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Ergebnisse

Figur 5a zeigt die berechneten Empfindlichkeitsverteilung der inneren Doppeldifferentialdetektionsspule als eine Funktion der Koordinaten x und y in der Probenebene. Es wurde in einer umgekehrten Ansatz berechnet , indem von allen vier Erfassungsspulen an allen Punkten (x, y) in der Mittelebene erzeugt , um die Überlagerung der Magnetfelder zu bestimmen. Umgekehrt bestimmt diese die Empfindlichkeit der Detektionsspule mit einem magneti...

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Diskussion

Das Messverfahren nutzt die Nichtlinearität der Magnetisierungskurve der superparamagnetischen Teilchen. Die zweiseitige Meßkopf trifft gleichzeitig zwei magnetischen Anregungsfelder unterschiedlicher Frequenz auf die Probe, einer niedrigen Frequenz (f 2) Komponente , die Teilchen in magnetische Sättigung und eine hohe Frequenz (f 1) Sondenfeld die nichtlineare magnetische Antwort zu messen , zu fahren . Insbesondere beide Harmonischen der einfallenden Felder, m · f

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Offenlegungen

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Danksagungen

Diese Arbeit wurde von der ICT-F & E-Programm von MSIP / IITP, Republik Korea (Förder-Nr: B0132-15-1001, Entwicklung von Next Imaging System) unterstützt.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Magnetische Partikel "SiMAG Silanol"Chemicell (http://www.chemicell.com)1101-5Wässrige Dispersion von magnetischen Kieselsäurepartikeln, Maghemit, Ø 1  &Mikro; m
Magnetische Nanopartikel "fluidMAG-Amine"Chemicell (http://www.chemicell.com)4121-5Wässrige Dispersion von magnetischen Nanopartikeln, Magnetit, Ø 50  nm
Mikroröhrchen 10 & Mikro; lHirschmann Laborgerä TE (http://www.hirschmann-laborgeraete.de/?sc_lang=en)Jahrgang 10 &Mikro; L, Außendurchmesser 400  &Mikro; m, Länge 40 mm
Nitrozellulose-Membran Biodyne BThermo Scientific (http://www.thermoscientific.com)77016Biodyne B Nylon-Membran, 0,45  &Mikro; m, 8  cm x 12 cm
DDS-Chip AD9834Analog Devices (http://www.analog.com)AD983420 mW Leistung, 2,3 V bis 5,5 V, 75  MHz Kompletter DDS-Operationsverstärker
AD829Analog Devices (http://www.analog.com)AD829Schneller und rauscharmer Video-Operationsverstärker
Analoger Multiplikator MPY634Texas Instruments (http://www.ti.com)MPY634Präzisions-Analog-Multiplikator mit hoher Bandbreite
BUF634Texas Instruments (http://www.ti.com)BUF634250  mA Hochgeschwindigkeits-Puffer-Operationsverstärker
OPA627Texas Instruments (http://www.ti.com)OPA627Präzisions-Hochgeschwindigkeits-Difet(R)-Operationsverstärker
Operationsverstärker TL072Texas Instruments (http://www.ti.com)TL072Dual-rauscharmer JFET-Eingang Allzweck-Operationsverstärker
Lock-In-Verstärker SR830Stanford Instruments (http://www.thinksrs.com)SR830100 kHz DSP Lock-in-Verstärker
XYZ motorisierter TischSciencetown, Incheon, Korea (http://mkmsll.en.ec21.com/)
ReinraumwischerSeoul Semitech Co (http://www.seoulsemi.com)CF-909Abmessung 2,0 mm &fach 18  Mm

Referenzen

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