Una microbobina es un pequeño conductor eléctrico , como un cable en forma de espiral o hélice, que podría ser un solenoide o una estructura plana.
Un campo donde se encuentran es la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN), donde identifica bobinas de radiofrecuencia ( RF ) que miden menos de 1 mm. [3]
Los límites de detección de micro-MRI o MRM se pueden ampliar aún más aprovechando las técnicas de fabricación de microsistemas. En general, la bobina del receptor de RF debe ajustarse estrechamente a la muestra para garantizar una buena sensibilidad de detección. Una sonda de RMN diseñada adecuadamente maximizará tanto el factor de observación, que es la relación entre el volumen de muestra observado por la bobina de RF y el volumen total de muestra requerido para el análisis, como el factor de llenado, la relación entre el volumen de muestra observado por la bobina de RF. Bobina de RF al volumen de la bobina. [4]
La miniaturización de las sondas de RMN implica, por tanto, dos ventajas:
En el campo de las ciencias cuánticas , las microbobinas desempeñan un papel cada vez más importante en el control rápido del espín en dispositivos a nanoescala, como registros de espín multiqubit y memorias cuánticas, o para la activación de espines nucleares individuales, por ejemplo, alrededor de un centro de nitrógeno vacante . [7] A diferencia de la RMN tradicional, aquí las microbobinas se utilizan únicamente como actuador. La señal del espín nuclear se detecta mediante la lectura óptica de un espín de un solo electrón.
Las microbobinas han resultado útiles en sistemas de telemetría, donde se utilizan microbobinas planas para suministrar energía a implantes miniaturizados. [8]
Para RMN se emplean diferentes tipos de microbobinas con diferentes técnicas de fabricación:
Es la geometría clásica para crear un campo magnético con una corriente eléctrica. Incluso para un número limitado de devanados, esta geometría proporciona un campo B1 razonablemente homogéneo y es posible un buen factor de llenado enrollando la bobina directamente sobre un soporte que contiene la muestra. La miniaturización a una escala de varios cientos de micrómetros (μm) no es muy difícil, aunque el diámetro del alambre (típicamente de 20 a 50 μm) se vuelve muy pequeño y una bobina independiente es un objeto muy delicado. [9] Es posible una reducción por debajo de 100 μm de diámetro, pero el mecanizado y manipulación de dichas bobinas será bastante tedioso. Por esta razón , se deben aplicar otras tecnologías de fabricación de microsistemas, como el micromecanizado en masa , LIGA y el moldeo por microinyección . [5] Para bobinas de solenoide, agregar más vueltas a la bobina mejorará la relación B 1 /i y, por lo tanto, tanto la inductancia como la respuesta de la señal. Al mismo tiempo la resistencia de la bobina aumentará linealmente, por lo que la mejora en la sensibilidad será proporcional a la raíz cuadrada del número de vueltas (n). Al mismo tiempo, tendremos un mayor calentamiento óhmico en el centro de la bobina y un mayor peligro de formación de arcos, por lo que el óptimo generalmente se encuentra sólo para un número limitado de vueltas. Además del rendimiento de RF, las distorsiones del campo estático debidas a los efectos de la susceptibilidad son un factor importante en el diseño de los cabezales de sonda de microbobinas.
Es la geometría más común utilizada, basada en un diseño en espiral con el devanado central en contacto con el exterior mediante una conexión a otra capa que está aislada eléctricamente con una fina capa de óxido. En esta configuración, el eje de la bobina de RF estará orientado perpendicular al campo estático externo B0 .
La bobina de silla muestra la geometría más compleja de estos tres tipos de bobina. El campo B 1 es generado principalmente por los cuatro segmentos de alambre verticales. Debido a esta geometría de bobina, el campo B 1 de una bobina de silla es más homogéneo en la dirección z que el de una bobina plana. La bobina de la silla se puede formar a partir de alambre, pero a menudo también se graba a partir de una fina lámina de cobre, que luego se adhiere a un tubo de vidrio o PTFE. Este último procedimiento conduce a una alta precisión geométrica, lo que da como resultado una mejor homogeneidad de B1 . La bobina de la silla es de fácil acceso y proporciona un buen "factor de llenado" del área utilizable en el orificio del imán. Por estas razones se utiliza ampliamente en microscopía de RMN. Sin embargo, estas ventajas se logran al precio de una menor sensibilidad. En comparación con una bobina de silla, el rendimiento de sensibilidad de una bobina solenoide de las mismas dimensiones es aproximadamente tres veces mejor. [10]
Se han desarrollado microbobinas enrolladas autoensambladas con diámetros de hasta 50 μm para microscopía de RMN. [11]
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