光泵磁力仪原理

p style=" line-height: 1.75em " 　　从兰州理工大学获悉，近日由兰州理工大学能动学院杨逢瑜教授设计、大连四方电泵有限公司制造的国内第一台33MPa超临界CO2溶剂磁力泵实验成功，据悉，该泵额定压力33MPa,实验压力40MPa，具有广泛的应用前景。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　据了解，超临界流体染色技术省时，经济，环保，将带领化学工业进入绿色化学时代的新摇篮。超临界二氧化碳是目前研究最广泛的流体之一，在医药、化工、食品及环保领域有广泛的应用，33MPa超临界CO2溶剂磁力泵研制成功将推动超临界技术的进入全新研究领域和广泛的推广应用。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　据介绍，任何一种物质都有气、液、固三相，三相成平衡态共存的点叫三相点。气液两相相界面消失的状态点叫超临界点，超临界状态时气液两相性质非常相近，以致无法清楚分别，称其为“超临界流体”。超临界流体具有类似气体的扩散性及液体的溶解能力，同时兼具低黏度，低表面张力的特性。二氧化碳在温度高于其临界温度(Tc=31.26℃)，压力高于其临界压力(Pc=72.9atm)时，其密度近于液体，粘度近于气体，扩散系数为液体的100倍，具有惊人的溶解能力，用它可溶解多种物质，然后提取其中的有效成分，具有广泛的应用前景。 /p p br/ /p

心磁信号探测的意义　　人体磁场能够反应人体内部各种组织及器官的信息。对人体磁场进行测量可获得有关人体疾病的信息，其检测效果及便利程度已超出对人体生物电的测量。心磁大小大概在几十pT量级，相较于脑磁而言，是人类较早研究的人体磁场之一。　　心脏的心房和心室肌肉的周期性收缩、舒张伴随着复杂的交变生物电流，由此产生了心磁图（Magnetocardiography, MCG）。相比于心电图（Electrocardiogram, ECG），心脏磁场检测不受胸壁等组织的影响，并且心磁图可通过多角度、多维度传感器阵列对心脏磁场进行探测，从而提供更多的心脏信息，实现对心脏病灶的精准定位。相比于CT、核磁等心脏研究技术，心磁图完全无辐射。目前心磁图技术日益成熟，已有超过10万例临床应用，主要体现在以下几方面：　　01冠心病冠心病是常见病、多发病，据统计，目前我国冠心病患者已超过1100万人。冠心病是最常见的死因，致死人数甚至超过所有肿瘤死亡人数的总和。针对冠心病，MCG主要是对心肌缺血造成的心肌复极不一致进行检测。例如，Li等研究人员对101例冠心病患者和116名健康志愿者进行MCG测量。结果表明，冠心病患者的R-max/ T-max、R值、平均角度三项参数显著高于正常人。101例冠心病患者中，MCG、心电图和超声心动图检测出心肌缺血的比例分别为 74.26%、48.51%和 45.54%，由此可见，MCG对冠心病患者的诊断准确率明显高于心电图和超声心动图。　　参考文献：Int. J. Clin. Exp. Med. 8(2):2441-2446(2015)　　02心律失常　　心律失常是指心脏冲动在起源部位、心搏频率和节律以及冲动传导的任何环节出现异常。据统计，中国心律失常患者人数为2000多万。MEG可用于对心律失常患者病灶的准确定位。Ito等研究人员对51名心律失常患者进行研究，通过分析心磁图的3项参数，能够判断导致心律失常的不同病灶部位（右心室流出道、主动脉窦），其准确率达94%。　　参考文献：Heart Rhythm, 11(9):1605-1612(2014)　　03 胎儿心脏检查　　中国每年有约10-20万先天性心脏病的患儿出生。当前，胎儿心电图常常受到胎儿表面皮脂腺、羊水及羊膜等影响，无法准确获得心脏活动信息。与胎儿心电图不同的是，由于磁信号不受人体组织干扰，胎儿心磁图能准确地反映胎儿的心脏情况，是目前唯一可以实现在孕期检测胎儿心脏活动的手段。Campbell 等研究人员观察了因胎儿室上性心动过速而入院的两名单胎妊娠患者和一名双胎妊娠患者，运用 MCG 来监测孕妇及胎儿心律失常情况，并基于此开展药物治疗，结果显示，研究中的3例胎儿心律失常患者均得到了有效的治疗。　　参考文献：Obstet Gynecol,108(3-2):767-771(2006)　　心磁探测手段　　心磁技术发展几十年，心磁图仪大致可分为超导式心磁图仪和非超导式心磁图仪两种。超导式心磁图仪以磁通量子化和超导约瑟夫森结效应为技术基础，是较早进入临床应用的心磁图仪。目前国内外已经有成熟的生产厂商，如：美国Cardio Ma、德国SQUID AG、芬兰Neuromag、中国漫迪医疗、卡迪默克等。漫迪医疗超导式心磁图仪超导式心磁图仪需要搭配大型磁屏蔽房，且在使用时需大量液氦制冷以维持超导状态，而随着当前全球氦气资源紧缺，液氦价格不断上涨，再加上我国氦气资源基本依赖进口，因此导致其运行成本极高，极大地限制了临床应用。然而心磁图又具备显著的临床有效性，故科学家们一直在探寻替代方案。基于多通道原子磁力计探测成人心磁　　原子磁力计是近些年发展起来的具有超高灵敏度的磁力计。2012年科学家利用基于碱金属的原子磁力计，搭建了4通道超灵敏原子磁力计阵列（每个通道的灵敏度可达6-11 fT/Hz1/2），成功在磁屏蔽房中获得了成人的心磁图。　　参考文献：Phys. Med. Biol. 57 (2012) 2619-2632由于基于原子磁力计的心磁图仪几乎没有运维成本，因此具有大规模临床应用的潜力。2017年，美国Genetesis公司开始进行基于原子磁力计的心磁图仪的研发，随后推出了全球首台基于原子磁力计的心磁图仪CardioFluxTM，目前已投入临床使用。　　基于原子磁力计的心磁图仪现已成为心磁测量领域的重要发展方向，原子磁力计作为其核心部件，在进一步提高心磁测量灵敏度的同时有效降低了运行成本。在国内，国仪量子基于在量子精密测量领域深厚的技术积累与应用实践，研制并发布了量子自旋磁力仪（SpinMag-I）。国仪量子量子自旋磁力仪　　国仪量子自研的量子自旋磁力仪（SpinMag-I）利用碱金属原子（Rb-87）外层电子自旋性质，以泵浦激光作为操控手段，使碱金属原子产生自旋极化。在外界弱磁场的作用下，碱金属原子发生拉莫尔进动，改变对检测激光的吸收，从而实现高灵敏度的磁场测量。量子自旋磁力仪具有灵敏度高、体积小、能耗低、易于携带的特点，未来将引领人类在科学研究、生物医学等磁传感领域进入量子时代。

我国首台自主研发的量子磁力仪载荷——“CPT原子磁场精密测量系统”于7月27日搭载空间新技术试验卫星（SATech-01）发射。11月7日，国产量子磁力仪载荷的无磁伸展臂在轨展开，载荷进入在轨长期工作阶段，目前已获取五天的有效探测数据，实现了全球磁场测量，推进了我国量子磁力仪的空间应用研究。CPT原子磁场精密测量系统由CPT原子/量子磁力仪、AMR磁阻磁力仪、NST星敏感器、无磁伸展臂组成，由中国科学院国家空间科学中心太阳活动和空间天气重点实验室、复杂航天系统与电子信息技术重点实验室，以及中科院沈阳自动化研究所联合研制。无磁伸展臂一次性展开至4.35m后，处于伸展臂顶端的CPT原子磁力仪探头、AMR磁阻磁力仪探头、NST星敏感器远离卫星磁干扰和遮挡，开始获取有效探测数据。CPT原子/量子磁力仪在轨测量噪声峰峰值0.1nT。NST星敏感器获取了卫星在不同模式、不同时段下伸展臂的姿态变化实时数据，结合AMR磁阻磁力仪的三轴磁场探测，首次在轨验证了磁场矢量和姿态一体化同步探测技术。国产量子磁力仪首次全球磁场勘测图（空间中心太阳活动与空间天气重点实验室供图）CPT原子磁场精密测量系统载荷（空间中心、沈阳自动化所供图）无磁伸展臂地面展开测试（沈阳自动化所、空间中心和微小卫星研究院供图）CPT原子磁场精密测量系统伸展臂在轨展开状态示意图（微小卫星研究院供图）CPT原子磁力仪和AMR磁阻磁力仪在轨测量结果（空间中心供图）NST星敏感器相对于卫星本体坐标系的测试结果（空间中心、中科新伦琴NST星敏团队提供供图）