面向无创磁应用的微型线圈大面积低成本超快速制备技术及其生物医学应用

本文创新性地提出了一种无需洁净室环境的自动化刀片切割技术，用于可穿戴/植入式微型线圈（mini-coils）的快速制备。该方法突破了传统微加工技术成本高、污染大的局限，实现了柔性线圈的批量化生产（5-10秒/个），在电阻-电感（RL）滤波器和磁性纳米颗粒（MNPs）操控等生物医学场景中展现出优异性能。研究通过机械弯曲测试（1000次循环）、电磁特性分析（10 kHz-1 MHz频段）和热力学模拟（COMSOL）验证了线圈的可靠性，为移动医疗（wearable healthcare）设备开发提供了新思路。

　　

微型线圈的革新制备技术

研究团队开发了一种基于自动化刀片切割的微型线圈制备方法，完全摆脱了对洁净室和光刻设备的依赖。采用聚氯乙烯（PVC）基板（80 μm）和铝箔（60 μm）组合，通过数字切割机（Silhouette Cameo Cut）实现150 μm精度的快速成型。该方法支持铜（Cu）、银（Ag）等多种导电材料，单件制备时间仅需5-10秒，成本较传统工艺降低三个数量级。

多维度性能验证

机械稳定性：线圈在180°弯曲和1000次循环测试中，电感值（7 μH）波动小于10%，品质因数（Q-factor）在100 kHz时达2.5以上。热力学表现：圆形线圈在1.5 A电流下表面温度仅80°C，显著低于矩形（140°C）和六边形（110°C）设计。磁场特性：矩形线圈在10 Hz低频产生200 μT强磁场，而圆形线圈在100 kHz高频仍保持60%场强，适用于不同频段的生物医学应用。

生物医学应用实证

RL滤波器：采用10匝圆形线圈构建的高通滤波器（HPF），截止频率（f_c）达1.1 MHz，与理论计算误差小于5%。纳米颗粒操控：通过1 Hz方波激励（1 A电流），成功驱动110 nm磁性纳米颗粒（MNPs）产生微米级位移，验证了其在机械神经刺激中的潜力。

临床转化优势

该技术突破传统微加工在分辨率（100-150 μm）与成本（设备<$100）的平衡，特别适合需要频繁迭代设计的可穿戴设备开发。研究团队进一步采用聚对二甲苯（Parylene C）10 μm涂层提升生物相容性，为未来植入式应用奠定基础。

这项研究为个性化医疗电子器件提供了可扩展（scalable）的制造方案，其材料兼容性和快速原型（rapid prototyping）能力，将加速磁热疗（magnetic hyperthermia）、无线供电植入体等技术的发展。