《基於磁化率虛部的磁納米溫度成像方法與關鍵技術研究》是依託華中科技大學，由劉文中擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於磁化率虛部的磁納米溫度成像方法與關鍵技術研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉文中
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目擬探索一種分辨力0.1℃的實時溫度成像技術，將可無創、定量地評估發生在活體內器官或細胞層面的熱物理、熱化學過程或神經活動。在安全性和光學不透明性約束下，磁納米粒子試劑作為溫度敏感元件監測發生在活體內的熱過程，具有“磁透明”的優勢。本申請書在前期磁納米溫度測量技術基礎上，研製一種基於二維梯度場的磁納米溫度成像技術。擬解決的科學問題為：（1）探索成像梯度場背景(干擾)下的磁納米粒子溫度感測的可行性及其數學模型；（2）高精度、快速磁納米溫度成像中的弱磁測量電子學與快速測量信息學瓶頸問題。主要創新：（1）在磁弛豫效應基礎上，探索並提出了一種基於磁化率一次、三次諧波虛部的溫度測量模型；（2）研製了一種消除激勵信號干擾的交流磁化率探測機械結構與電子學系統，可望顯著提高交流磁化過程虛部信號測量的信噪比。本項目的研究將有助於實現一種0.1℃的、亞毫米解析度的實時溫度成像技術，經濟與社會效益顯著。
結題摘要
0.1℃解析度細胞原位溫度/代謝成像裝置，將為探索生命活動中物質與能量交換奧秘提供從細胞到器官、到生命個體的跨尺度視角，從而將巨觀生物物理、藥理、病理關聯到微觀細胞。本項目2015年立項以來，項目主持人深入探索0.1℃解析度磁學測溫問題。現已明確，MNP是迄今已知的、最高效的溫-磁轉換材料之一。主要研究內容如下：（1）基於磁納米粒子磁學特性與溫度、濃度的Langevin物理模型，實現了多種磁激勵波形激勵的溫度測試方法，刷新了磁學溫度測量的新紀錄，測量精度從0.54℃提高到0.05℃，突破Nature、Science雜誌近10年10餘篇報導的核磁共振非接觸測溫最高水平1℃。首次實現活體內高精度溫度測量，被國際權威期刊MEAS SCI TECHNOL評為Highlight亮點論文。（2）針對超快傳熱前沿探索，闡明探測線圈常數與時間解析度、靈敏度間的競爭關係，發明了超快溫度測量方法及系統。實現最快4.23納秒脈衝的測量。雷射脈衝加熱測量實驗，首次發現納秒熱波信號，證實極端條件下熱的波動傳遞現象，支撐傳熱學熱質理論的假設。此外，本項目團隊2016年成功研製國內首台2.5毫米解析度磁性顆粒成像裝置。UC Berkeley的P. Goodwill博士在MAGMEET 2018邀請報告的“History of MPI”提到，國際上10家機構掌握並成功研製MPI設備，項目主持人團隊（Huazhong（China））是其中一家。項目團隊累計授權發明專利21項，包括美國專利5項、中國發明專利16項。 “磁納米溫度測量”主題成果占美國專利庫總計7項中的5項，在“Web of Science”或中國發明專利庫也排名第一。截止到2019年12月，Web of Science共205條“磁納米溫度測量”主題檢索，本團隊占42條。作者前五（劉文中、鐘景、杜中州、JB Weaver，PC Morais）中的三人來自項目主持人團隊。獲湖北技術發明一等獎。德意志國家科學院院士、德國PTB院長J. Ullrich評價申請人團隊研究成果填補了在體溫度測量的空白。此外，磁性顆粒成像研討會創始主席、德國院士Buzug評價本項目團隊“毫無疑問是本領域充滿創新精神的領先者”。
