目前,恶性肿瘤已成为造成病患死亡的首要因素,肿瘤标志物的快速精准检测对于恶性肿瘤的早期诊断与预后评估有重要意义。核磁共振技术在肿瘤标志物检测方面具有样本预处理时间短、检测速度快、灵敏度高的优点,临床应用前景良好。本文通过设计与制造一种多层微流控核磁共振探头,结合免疫磁性纳米粒子生物传感器技术,搭建了一台微型核磁共振诊断仪,实现肿瘤标志物的快速精准检测。本论文取得的主要研究成果如下:(1)微型核磁共振探头设计理论研究:从核磁共振信号的检测机理出发,通过对比微型螺线管线圈与平面线圈的电磁场分布,理论说明本文选用的螺线管线圈射频场具有更高的强度与均匀度,同时指出线圈导线中电流密度分布受趋肤效应与邻近效应的影响。分别以相对灵敏度与品质因数作为优化对象,获得最优线圈尺寸参数,并验证已有设计理论的准确性与局限性。(2)多层微流控核磁共振探头的设计制造:根据探头性能需求,设计多层微流控核磁共振探头结构并研究其制作工艺。探头芯片部分由四层结构组成,集成微流道与检测模块,为实现批量化制作目标,使用3D打印工艺加工片层,并且利用双面粘性丙烯酸胶密封和连通各片层。通过片层加工、线圈绕制、密封粘合、整体装配的流程制作探头,并且优化片层加工工艺与线圈绕制工艺。通过实验验证本文所设计的探头不仅在结构功能上具有优势,而且在信号获取方面具有较好的综合性能。(3)集成多层微流控核磁共振探头的微型核磁共振平台搭建和肿瘤标志物的检测研究:基于平台应用需求,选择微型磁体与电子控制系统,设计支撑结构和屏蔽结构,搭建微型核磁共振诊断仪。基于该诊断仪,通过测量粒径30nm、100nm、180nm、250nm、600nm梯度浓度的磁性纳米粒子溶液,指出溶液横向弛豫时间2T与磁性纳米粒子的浓度、粒径均有关,并以此探究磁性纳米粒子传感器机理,进而确定后续实验选用180nm磁性纳米粒子。通过共价键结合的方式在粒子表面偶联抗体分子,形成免疫磁性纳米粒子。构建基于磁驰豫转换机理的检测传感器,分别检测肿瘤标志物MUC1糖蛋白以及乳腺癌细胞MCF-7。通过优化免疫磁性纳米粒子合成过程、混合浓度、混合时间等实验参数,建立MCF-7浓度与2T的变化率的对应关系,将MCF-7的检测限降至500 cell/m L。与其他检测方式相比,本文研制的微型核磁共振诊断仪检测肿瘤标志物具有更高的灵敏度和便捷性,且仪器成本更低、样本预处理时间更短,具有较好的应用前景。