Permanent Magnet Based Magnetic Resonance Sensors

In  2006  patent  EP2069769A2  described  using  magnetic  resonance  (MR),  instead  of  fluorescence,  as  the  detection  method  for  microarrays.  This  covered  the  concept  of  binding  magnetic  particles,  such  as  Superparamagnetic  Iron  Oxide  (SPIO),  to  a  surface  in  order  to  change  the  MR  signal  that  would  normally  be  expected  from  the  fluid  covering  the  surface  to  which  the  particles  were  bound.  In  this  thesis,  measurement  techniques  are  presented,  utilising  both  pulsed  and  continuous  wave  nuclear  magnetic  resonance  (CWNMR),  where  surface  bound  magnetic  nanoparticles  disrupt  the  MR  signal  that  would  normally  be  detected  in  the  fluid  covering  the  surface,  using  low  magnetic  field  sensors  constructed  from  permanent  magnets.  A  pulsed  technique  is  presented  with  a  sensor  constructed  using  permanent  magnets  in  a  Halbach  arrangement.  Using  a  technique  called  Magnetic  Resonance  Disruption  (MaRDi),  it  is  shown  that  the  T2  eff  relaxation  time  of  a  test  liquid,  polydimethylsiloxane  (PDMS),  reduces  as  the  proportion  of  the  surface  area  covered  with  SPIO  increases.  In  addition,  a  linear  decrease  in  the  signal  amplitude  from  the  PDMS  as  a  function  of  SPIO  coverage,  which  is  observed  both  for  an  integral  over  4096  NMR  echoes  and  even  just  in  the  first  echo.  The  latter  result  suggests  the  potential  for  a  technique  to  be  developed  with  simplified  and  low  cost  electronics.  A  CWNMR  technique  is  also  presented  by  revisiting  the  Look  and  Locker’s  tone-burst  experiments  but  modified  to  use  a  commercial  marginal  oscillator.  Though  observing  the  transient  effect  when  a  sweep  coil  is  switched  on,  a  parameter  Tx  can  be  determined  that  is  related  to  relaxation  time  T1  that  can  subsequently  be  calculated  with  the  aid  of  calibration  samples.  This  Transient  Effect  Determination  of  Spin  Lattice  relaxation  time  (TEDSpiL)  was  automated  using  low  cost  microcontrollers.  A  potential  industrial  application  of  detecting  moisture  uptake  through  improperly  stored  dehydrated  milk  powder  is  also  presented.