Gràcies per visitar Nature.com. La versió del navegador que esteu utilitzant té compatibilitat limitada amb CSS. Per a una millor experiència, us recomanem que utilitzeu un navegador actualitzat (o que desactiveu el mode de compatibilitat a l'Internet Explorer). Mentrestant, per garantir el suport continu, renderem el lloc web sense estils ni JavaScript.
L'anàlisi de traces de mostres líquides té una àmplia gamma d'aplicacions en les ciències de la vida i la monitorització ambiental. En aquest treball, hem desenvolupat un fotòmetre compacte i econòmic basat en capil·lars de guia d'ones metàl·liques (MCC) per a la determinació ultrasensible de l'absorció. El camí òptic es pot augmentar considerablement, i és molt més llarg que la longitud física del MWC, perquè la llum dispersada per les parets laterals metàl·liques llises ondulades pot ser continguda dins del capil·lar independentment de l'angle d'incidència. Es poden aconseguir concentracions tan baixes com 5,12 nM utilitzant reactius cromogènics comuns gràcies a la nova amplificació òptica no lineal i a la commutació ràpida de mostres i detecció de glucosa.
La fotometria s'utilitza àmpliament per a l'anàlisi de traces de mostres líquides a causa de l'abundància de reactius cromogènics i dispositius optoelectrònics semiconductors disponibles1,2,3,4,5. En comparació amb la determinació d'absorbància tradicional basada en cubetes, els capil·lars de guia d'ones líquida (LWC) reflecteixen (TIR) ​​mantenint la llum de la sonda dins del capil·lar1,2,3,4,5. Tanmateix, sense més millores, el camí òptic només s'acosta a la longitud física de LWC3.6, i augmentar la longitud de LWC més enllà d'1,0 m patirà una forta atenuació de la llum i un alt risc de bombolles, etc.3, 7. Pel que fa a la cel·la multireflexió proposada per a millores del camí òptic, el límit de detecció només millora per un factor de 2,5-8,9.
Actualment hi ha dos tipus principals de LWC, concretament els capil·lars de tefló AF (que tenen un índex de refracció de només ~1,3, que és inferior al de l'aigua) i els capil·lars de sílice recoberts amb pel·lícules de tefló AF o metàl·liques1,3,4. Per aconseguir la TIR a la interfície entre els materials dielèctrics, es necessiten materials amb un índex de refracció baix i angles d'incidència de la llum elevats3,6,10. Pel que fa als capil·lars de tefló AF, el tefló AF és transpirable a causa de la seva estructura porosa3,11 i pot absorbir petites quantitats de substàncies en mostres d'aigua. Per als capil·lars de quars recoberts a l'exterior amb tefló AF o metall, l'índex de refracció del quars (1,45) és superior al de la majoria de mostres líquides (per exemple, 1,33 per a l'aigua)3,6,12,13. Per als capil·lars recoberts amb una pel·lícula metàl·lica a l'interior, s'han estudiat les propietats de transport14,15,16,17,18, però el procés de recobriment és complicat, la superfície de la pel·lícula metàl·lica té una estructura rugosa i porosa4,19.
A més, els LWC comercials (capilars recoberts de tefló AF i capil·lars de sílice recoberts de tefló AF, World Precision Instruments, Inc.) tenen altres desavantatges, com ara: per a fallades. El gran volum mort del connector en T TIR3,10, (2) (per connectar capil·lars, fibres i tubs d'entrada/sortida) pot atrapar bombolles d'aire10.
Alhora, la determinació dels nivells de glucosa és de gran importància per al diagnòstic de la diabetis, la cirrosi hepàtica i les malalties mentals20, i molts mètodes de detecció com la fotometria (inclosa l'espectrofotometria 21, 22, 23, 24, 25 i la colorimetria sobre paper 26, 27, 28), la galvanometria 29, 30, 31, la fluorometria 32, 33, 34, 35, la polarimetria òptica 36, ​​la ressonància plasmònica superficial 37, la cavitat Fabry-Perot 38, l'electroquímica 39 i l'electroforesi capil·lar 40, 41, etc. Tanmateix, la majoria d'aquests mètodes requereixen equips cars, i la detecció de glucosa a diverses concentracions nanomolars continua sent un repte (per exemple, per a mesures fotomètriques21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, la concentració més baixa de glucosa). la limitació era només de 30 nM quan es van utilitzar nanopartícules de blau de Prusia com a imitadors de peroxidasa). Sovint es requereixen anàlisis de glucosa nanomolars per a estudis cel·lulars a nivell molecular, com ara la inhibició del creixement del càncer de pròstata humà42 i el comportament de fixació de CO2 del Prochlorococcus a l'oceà.
En aquest article, es va desenvolupar un fotòmetre compacte i econòmic basat en un capil·lar de guia d'ones metàl·lica (MWC), un capil·lar d'acer inoxidable SUS316L amb una superfície interior electropolida, per a la determinació de l'absorció ultrasensible. Com que la llum pot quedar atrapada dins dels capil·lars metàl·lics independentment de l'angle d'incidència, la trajectòria òptica es pot augmentar considerablement mitjançant la dispersió de la llum en superfícies metàl·liques corrugades i llises, i és molt més llarga que la longitud física del MWC. A més, es va dissenyar un connector en T simple per a la connexió òptica i l'entrada/sortida de fluid per minimitzar el volum mort i evitar l'atrapament de bombolles. Per al fotòmetre MWC de 7 cm, el límit de detecció es millora unes 3000 vegades en comparació amb l'espectrofotòmetre comercial amb cubeta d'1 cm a causa de la nova millora de la trajectòria òptica no lineal i el canvi ràpid de mostra, i també es pot aconseguir una concentració de detecció de glucosa de només 5,12 nM utilitzant reactius cromogènics comuns.
Com es mostra a la Figura 1, el fotòmetre basat en MWC consta d'un MWC de 7 cm de llarg amb una superfície interior electropolida de grau EP, un LED de 505 nm amb una lent, un fotodetector de guany ajustable i dos per a l'acoblament òptic i l'entrada de líquid. Sortida. Una vàlvula de tres vies connectada al tub d'entrada de Pike s'utilitza per canviar la mostra entrant. El tub Peek s'ajusta perfectament a la placa de quars i al MWC, de manera que el volum mort al connector en T es manté al mínim, evitant eficaçment que les bombolles d'aire quedin atrapades. A més, el feix colimat es pot introduir fàcilment i eficientment al MWC a través de la placa de quars en T.
El feix i la mostra líquida s'introdueixen al MCC a través d'una peça en T, i el feix que passa a través del MCC és rebut per un fotodetector. Les solucions entrants de mostres tenyides o en blanc s'introdueixen alternativament al ICC a través d'una vàlvula de tres vies. Segons la llei de Beer, la densitat òptica d'una mostra acolorida es pot calcular a partir de l'equació. 1.10
on Vcolor i Vblank són els senyals de sortida del fotodetector quan s'introdueixen mostres de color i en blanc al MCC, respectivament, i Vdark és el senyal de fons del fotodetector quan el LED està apagat. El canvi en el senyal de sortida ΔV = Vcolor–Vblank es pot mesurar commutant mostres. Segons l'equació. Com es mostra a la Figura 1, si ΔV és molt més petit que Vblank–Vdark, quan s'utilitza un esquema de commutació de mostreig, petits canvis a Vblank (per exemple, deriva) poden tenir poc efecte sobre el valor de l'AMWC.
Per comparar el rendiment del fotòmetre basat en MWC amb l'espectrofotòmetre basat en cubetes, es va utilitzar una solució de tinta vermella com a mostra de color a causa de la seva excel·lent estabilitat de color i la bona linealitat de concentració-absorbància, DI H2O com a mostra en blanc. Com es mostra a la Taula 1, es va preparar una sèrie de solucions de tinta vermella mitjançant el mètode de dilució en sèrie utilitzant DI H2O com a dissolvent. La concentració relativa de la mostra 1 (S1), pintura vermella original sense diluir, es va determinar com a 1,0. A la figura 2 es mostren fotografies òptiques d'11 mostres de tinta vermella (S4 a S14) amb concentracions relatives (enumerades a la Taula 1) que van des de 8,0 × 10–3 (esquerra) fins a 8,2 × 10–10 (dreta).
Els resultats de la mesura per a la mostra 6 es mostren a la figura 3(a). Els punts de commutació entre mostres tenyides i en blanc estan marcats a la figura amb fletxes dobles "↔". Es pot veure que el voltatge de sortida augmenta ràpidament quan es canvia de mostres de color a mostres en blanc i viceversa. Vcolor, Vblanc i el ΔV corresponent es poden obtenir tal com es mostra a la figura.
(a) Resultats de mesura per a la mostra 6, (b) la mostra 9, (c) la mostra 13 i (d) la mostra 14 utilitzant un fotòmetre basat en MWC.
Els resultats de les mesures per a les mostres 9, 13 i 14 es mostren a les figures 3(b)-(d), respectivament. Com es mostra a la figura 3(d), el ΔV mesurat és només de 5 nV, que és gairebé 3 vegades el valor del soroll (2 nV). Un ΔV petit és difícil de distingir del soroll. Per tant, el límit de detecció va assolir una concentració relativa de 8,2 × 10-10 (mostra 14). Amb l'ajuda de les equacions 1. L'absorbància AMWC es pot calcular a partir dels valors mesurats de Vcolor, Vblank i Vdark. Per a un fotodetector amb un guany de 104, Vdark és de -0,68 μV. Els resultats de les mesures per a totes les mostres es resumeixen a la taula 1 i es poden trobar al material complementari. Com es mostra a la taula 1, l'absorbància trobada a altes concentracions satura, de manera que l'absorbància superior a 3,7 no es pot mesurar amb espectròmetres basats en MWC.
A tall de comparació, també es va mesurar una mostra de tinta vermella amb un espectrofotòmetre i l'absorbància d'Acuvette mesurada es mostra a la Figura 4. Els valors d'Acuvette a 505 nm (com es mostra a la Taula 1) es van obtenir referint-se a les corbes de les mostres 10, 11 o 12 (com es mostra a la figura 4) com a línia base. Com es mostra, el límit de detecció va assolir una concentració relativa de 2,56 x 10-6 (mostra 9) perquè les corbes d'absorció de les mostres 10, 11 i 12 eren indistinguibles entre si. Així, en utilitzar el fotòmetre basat en MWC, el límit de detecció es va millorar per un factor de 3125 en comparació amb l'espectrofotòmetre basat en cubetes.
La dependència absorció-concentració es presenta a la figura 5. Per a les mesures en cubeta, l'absorbància és proporcional a la concentració de tinta a una longitud de camí òptic d'1 cm. Mentre que, per a les mesures basades en MWC, es va observar un augment no lineal de l'absorbància a baixes concentracions. Segons la llei de Beer, l'absorbància és proporcional a la longitud del camí òptic, de manera que el guany d'absorció AEF (definit com AEF = AMWC/Cubeta a la mateixa concentració de tinta) és la relació entre la MWC i la longitud del camí òptic de la cubeta. Com es mostra a la figura 5, a altes concentracions, la constant AEF és d'uns 7,0, cosa que és raonable ja que la longitud de la MWC és exactament 7 vegades la longitud d'una cubeta d'1 cm. No obstant això, a baixes concentracions (concentració relacionada <1,28 × 10-5), l'AEF augmenta amb la disminució de la concentració i arribaria a un valor de 803 a una concentració relacionada de 8,2 × 10-10 extrapolant la corba de la mesura basada en cubetes. No obstant això, a baixes concentracions (concentració relacionada <1,28 × 10-5), l'AEF augmenta amb la disminució de la concentració i arribaria a un valor de 803 a una concentració relacionada de 8,2 × 10-10 extrapolant la corba de la mesura basada en cubetes. Однако при низких концентрациях (относительная концентрация <1,28 × 10–5) AEF увеличичивается моднако концентрации и может достигать значения 803 при относительной концентрации 8,2 × 10–10 при при относительной концентрации 8,2 × 10–10 прицентрации кривой измерения на основе кюветы. Tanmateix, a baixes concentracions (concentració relativa <1,28 × 10–5), el AEF augmenta amb la disminució de la concentració i pot assolir un valor de 803 a una concentració relativa de 8,2 × 10–10 quan s'extrapola a partir d'una corba de mesurament basada en cubetes.然而，在低浓度（相关浓度<1,28 × 10-5 ）下，AEF随着浓度的降低而增加，并且通过外推基于比色皿的测量曲线，在相关渓10.12.0 ×时将达到803 的值。然而 ， 在 低 浓度 （相关 浓度 <1,28 × 10-5） ， ， ， AEF 随着 的 降低 而 ４ 并 且 并 且 并基于 比色皿 测量 曲线 ， 在 浓度 为 8,2 × 10-10 时 达到 达到 达到 达到 到 ​​达到 达到 。 80-10 Однако при низких концентрациях (релевантные концентрации < 1,28 × 10-5) АЭП увелитрациях вселитрациях концентрации, и при экстраполяции кривой измерения на основе кюветы она достигает зносния четнове кюветы концентрации 8,2 × 10–10 803 . No obstant això, a baixes concentracions (concentracions rellevants < 1,28 × 10-5), la DEA augmenta a mesura que disminueix la concentració i, quan s'extrapola a partir d'una corba de mesurament basada en cubetes, arriba a un valor de concentració relativa de 8,2 × 10–10 803.Això resulta en una trajectòria òptica corresponent de 803 cm (AEF × 1 cm), que és molt més llarga que la longitud física del MWC, i fins i tot més llarga que l'LWC més llarg disponible comercialment (500 cm de World Precision Instruments, Inc.). Doko Engineering LLC té una longitud de 200 cm). Aquest augment no lineal de l'absorció a l'LWC no s'havia reportat anteriorment.
A la figura 6(a)-(c) es mostren una imatge òptica, una imatge de microscopi i una imatge de perfilador òptic de la superfície interior de la secció MWC, respectivament. Com es mostra a la figura 6(a), la superfície interior és llisa i brillant, pot reflectir la llum visible i és altament reflectant. Com es mostra a la figura 6(b), a causa de la deformabilitat i la naturalesa cristal·lina del metall, apareixen petites mesetes i irregularitats a la superfície llisa. Atesa la petita àrea (<5 μm × 5 μm), la rugositat de la major part de la superfície és inferior a 1,2 nm (Fig. 6 (c)). Atesa la petita àrea (<5 μm × 5 μm), la rugositat de la major part de la superfície és inferior a 1,2 nm (Fig. 6 (c)). Ввиду малой площади (<5 мкм×5 мкм) шероховатость большей части поверхности составляет 1, миснем 1, 2. 6(в)). A causa de la petita àrea (<5 µm × 5 µm), la rugositat de la major part de la superfície és inferior a 1,2 nm (Fig. 6(c)).考虑到小面积（<5 μm×5 μm），大多数表面的粗糙度小于1,2 nm（图6（c））。考虑到小面积（<5 μm×5 μm），大多数表面的粗糙度小于1,2 nm（图6（c））。 Учитывая небольшую площадь (<5 мкм × 5 мкм), шероховатость большинства поверхноства поверхноства поверхностей 12 мкм × 5 мкм нм (рис. 6(в)). Tenint en compte la petita àrea (<5 µm × 5 µm), la rugositat de la majoria de superfícies és inferior a 1,2 nm (Fig. 6(c)).
(a) Imatge òptica, (b) imatge de microscopi i (c) imatge òptica de la superfície interna del tall de MWC.
Com es mostra a la figura 7(a), el camí òptic LOP al capil·lar està determinat per l'angle d'incidència θ (LOP = LC/sinθ, on LC és la longitud física del capil·lar). Per als capil·lars de tefló AF plens de DI H2O, l'angle d'incidència ha de ser més gran que l'angle crític de 77,8°, de manera que el LOP és inferior a 1,02 × LC sense cap millora addicional3.6. Mentre que, amb MWC, el confinament de la llum dins del capil·lar és independent de l'índex de refracció o de l'angle d'incidència, de manera que a mesura que l'angle d'incidència disminueix, el camí de la llum pot ser molt més llarg que la longitud del capil·lar (LOP » LC). Com es mostra a la figura 7(b), la superfície metàl·lica corrugada pot induir dispersió de la llum, cosa que pot augmentar considerablement el camí òptic.
Per tant, hi ha dos camins de llum per a la MWC: llum directa sense reflexió (LOP = LC) i llum en dent de serra amb múltiples reflexions entre les parets laterals (LOP » LC). Segons la llei de Beer, la intensitat de la llum directa i en ziga-zaga transmesa es pot expressar com a PS×exp(-α×LC) i PZ×exp(-α×LOP) respectivament, on la constant α és el coeficient d'absorció, que depèn completament de la concentració de tinta.
Per a tinta d'alta concentració (per exemple, concentració relacionada > 1,28 × 10-5), la llum en ziga-zaga està molt atenuada i la seva intensitat és molt inferior a la de la llum directa, a causa de l'alt coeficient d'absorció i el seu camí òptic molt més llarg. Per a tinta d'alta concentració (per exemple, concentració relacionada > 1,28 × 10-5), la llum en ziga-zaga està molt atenuada i la seva intensitat és molt inferior a la de la llum directa, a causa de l'alt coeficient d'absorció i el seu camí òptic molt més llarg. Для чернил с высокой концентрацией (например, относительная концентрация >1,28 × 10-5) зогигбз сильно затухает, а его интенсивность намного ниже, чем у прямого света, из-за болофьфицогиофьфшогивность поглощения и гораздо более длинного оптического излучения. Per a tinta d'alta concentració (per exemple, concentració relativa > 1,28 × 10-5), la llum en ziga-zaga s'atenua fortament i la seva intensitat és molt inferior a la de la llum directa a causa del gran coeficient d'absorció i l'emissió òptica molt més llarga.pista.对于高浓度墨水（例如，相关浓度>1,28×10-5），Z字形光衰减很大，其强度远低于直光，这是由于吸收系数大，光学时间更长。对于 高浓度 墨水 （例如 ， 浓度 浓度> 1,28 × 10-5） ， z 字形 衰减 很 大 减 很 大 度 大 度直光 ， 这 是 吸收 系数 大 光学 时间 更。。。 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长Для чернил с высокой концентрацией (например, релевантные концентрации >1,28×10-5) зигозрагзонтные концентрации значительно ослабляется, i его интенсивность намного ниже, чем у прямого света из-з-за Јого коэффициента поглощения и более длительного оптического времени. Per a tintes d'alta concentració (per exemple, concentracions rellevants > 1,28 × 10-5), la llum en ziga-zaga s'atenua significativament i la seva intensitat és molt inferior a la de la llum directa a causa de l'alt coeficient d'absorció i el temps òptic més llarg.petita carretera.Així, la llum directa va dominar la determinació de l'absorbància (LOP = LC) i l'AEF es va mantenir constant a ~7,0. En canvi, quan el coeficient d'absorció disminueix amb la disminució de la concentració de tinta (per exemple, concentració relacionada <1,28 × 10-5), la intensitat de la llum en ziga-zaga augmenta més ràpidament que la de la llum directa i aleshores la llum en ziga-zaga comença a tenir un paper més important. En canvi, quan el coeficient d'absorció disminueix amb la disminució de la concentració de tinta (per exemple, concentració relacionada <1,28 × 10-5), la intensitat de la llum en ziga-zaga augmenta més ràpidament que la de la llum directa i aleshores la llum en ziga-zaga comença a tenir un paper més important. Напротив, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чрернии чрернири относительная концентрация <1,28 × 10-5), интенсивность зигзагообразного света увелистчемя ваелистче вае, интенсивность прямого света, i затем начинает играть зигзагообразный свет. Al contrari, quan el coeficient d'absorció disminueix amb la disminució de la concentració de tinta (per exemple, la concentració relativa <1,28 × 10-5), la intensitat de la llum en ziga-zaga augmenta més ràpidament que la de la llum directa i, aleshores, la llum en ziga-zaga comença a reproduir-se.paper més important.相反，当吸收系数随着墨水浓度的降低而降低时（例如，相关浓度<1,28×10-5-5 ），Z字形光的强度比直光增加得更快，然后Z字形光开始发挥作用一个攨一个撛蒴退丄蒛恴粇相反 ， 当 吸收 系数 随着 墨水 的 降低 而 降低 时 例如 例如 ， 相反 兦 18兺 × 12. 10-5） ， 字形光 的 强度 比 增加 得 更 ， 然后 z 字形光 发挥 作用 一 作用 一 作用 一 作用 一 作用 一 更 更更 更 更 更 更 更 更 更 HI的角色。 И наоборот, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрациент ченрацири ченрацири соответствующая концентрация < 1,28×10-5), интенсивность зигзагообразного света увелетсч ивелетч ивелетсть прямого, i тогда зигзагообразный свет начинает играть более важную rol. Per contra, quan el coeficient d'absorció disminueix amb la disminució de la concentració de tinta (per exemple, la concentració corresponent < 1,28 × 10-5), la intensitat de la llum en ziga-zaga augmenta més ràpidament que la llum directa, i aleshores la llum en ziga-zaga comença a tenir un paper més important.personatge de rol.Per tant, a causa del camí òptic en dent de serra (LOP » LC), l'AEF es pot augmentar molt més de 7.0. Les característiques precises de transmissió de llum de la MWC es poden obtenir mitjançant la teoria del mode de guia d'ones.
A més de millorar la trajectòria òptica, el canvi ràpid de mostres també contribueix a uns límits de detecció ultra baixos. A causa del petit volum de MCC (0,16 ml), el temps necessari per canviar i canviar les solucions a MCC pot ser inferior a 20 segons. Com es mostra a la Figura 5, el valor mínim detectable d'AMWC (2,5 × 10–4) és 4 vegades inferior al d'Acuvette (1,0 × 10–3). El canvi ràpid de la solució que flueix al capil·lar redueix l'efecte del soroll del sistema (per exemple, la deriva) sobre la precisió de la diferència d'absorbància en comparació amb la solució de retenció a la cubeta. Per exemple, com es mostra a la figura 3(b)-(d), ΔV es pot distingir fàcilment d'un senyal de deriva a causa del canvi ràpid de mostres al capil·lar de petit volum.
Com es mostra a la Taula 2, es va preparar una gamma de solucions de glucosa a diverses concentracions utilitzant DI H2O com a dissolvent. Es van preparar mostres tenyides o en blanc barrejant una solució de glucosa o aigua desionitzada amb solucions cromogèniques de glucosa oxidasa (GOD) i peroxidasa (POD) 37 en una proporció de volum fixa de 3:1, respectivament. A la figura 8 es mostren fotografies òptiques de nou mostres tenyides (S2-S10) amb concentracions de glucosa que oscil·len entre 2,0 mM (esquerra) i 5,12 nM (dreta). L'envermelliment disminueix a mesura que disminueix la concentració de glucosa.
Els resultats de les mesures de les mostres 4, 9 i 10 amb un fotòmetre basat en MWC es mostren a les figures 9(a)-(c), respectivament. Com es mostra a la figura 9(c), el ΔV mesurat esdevé menys estable i augmenta lentament durant la mesura a mesura que el color del reactiu GOD-POD (fins i tot sense afegir glucosa) canvia lentament amb la llum. Per tant, les mesures successives de ΔV no es poden repetir per a mostres amb una concentració de glucosa inferior a 5,12 nM (mostra 10), perquè quan ΔV és prou petit, la inestabilitat del reactiu GOD-POD ja no es pot negligir. Per tant, el límit de detecció per a la solució de glucosa és de 5,12 nM, tot i que el valor ΔV corresponent (0,52 µV) és molt més gran que el valor de soroll (0,03 µV), cosa que indica que encara es pot detectar un ΔV petit. Aquest límit de detecció es pot millorar encara més utilitzant reactius cromogènics més estables.
(a) Resultats de mesura per a la mostra 4, (b) la mostra 9 i (c) la mostra 10 utilitzant un fotòmetre basat en MWC.
L'absorbància AMWC es pot calcular utilitzant els valors mesurats de Vcolor, Vblank i Vdark. Per a un fotodetector amb un guany de 105, Vdark és de -0,068 μV. Les mesures per a totes les mostres es poden establir al material suplementari. A tall de comparació, les mostres de glucosa també es van mesurar amb un espectrofotòmetre i l'absorbància mesurada d'Acuvette va assolir un límit de detecció de 0,64 µM (mostra 7), tal com es mostra a la Figura 10.
La relació entre l'absorbància i la concentració es presenta a la Figura 11. Amb el fotòmetre basat en MWC, es va aconseguir una millora de 125 vegades en el límit de detecció en comparació amb l'espectrofotòmetre basat en cubetes. Aquesta millora és inferior a la de l'assaig de tinta vermella a causa de la poca estabilitat del reactiu GOD-POD. També es va observar un augment no lineal de l'absorbància a baixes concentracions.
El fotòmetre basat en MWC s'ha desenvolupat per a la detecció ultrasensible de mostres líquides. El camí òptic es pot augmentar considerablement, i és molt més llarg que la longitud física del MWC, perquè la llum dispersada per les parets laterals metàl·liques llises ondulades pot quedar continguda dins del capil·lar independentment de l'angle d'incidència. Es poden aconseguir concentracions tan baixes com 5,12 nM utilitzant reactius GOD-POD convencionals gràcies a la nova amplificació òptica no lineal i la commutació ràpida de mostres i la detecció de glucosa. Aquest fotòmetre compacte i econòmic s'utilitzarà àmpliament en ciències de la vida i monitorització ambiental per a l'anàlisi de traces.
Com es mostra a la Figura 1, el fotòmetre basat en MWC consta d'un MWC de 7 cm de llarg (diàmetre interior 1,7 mm, diàmetre exterior 3,18 mm, superfície interior electropolida de classe EP, capil·lar d'acer inoxidable SUS316L), un LED de longitud d'ona de 505 nm (Thorlabs M505F1) i lents (extensió del feix d'uns 6,6 graus), un fotodetector de guany variable (Thorlabs PDB450C) i dos connectors en T per a la comunicació òptica i l'entrada/sortida de líquid. El connector en T es fabrica unint una placa de quars transparent a un tub de PMMA en el qual s'insereixen i s'enganxen fermament els tubs MWC i Peek (0,72 mm de diàmetre interior, 1,6 mm de diàmetre exterior, Vici Valco Corp.). Una vàlvula de tres vies connectada al tub d'entrada de Pike s'utilitza per canviar la mostra entrant. El fotodetector pot convertir la potència òptica rebuda P en un senyal de voltatge amplificat N×V (on V/P = 1.0 V/W a 1550 nm, el guany N es pot ajustar manualment en el rang de 103-107). Per abreujar, s'utilitza V en lloc de N×V com a senyal de sortida.
En comparació, també es va utilitzar un espectrofotòmetre comercial (Agilent Technologies Cary 300 series amb fotomultiplicador d'alta eficiència R928) amb una cubeta de 1,0 cm per mesurar l'absorbància de mostres líquides.
La superfície interna del tall de MWC es va examinar mitjançant un perfilador de superfície òptic (ZYGO New View 5022) amb una resolució vertical i lateral de 0,1 nm i 0,11 µm, respectivament.
Tots els productes químics (de grau analític, sense purificació addicional) es van comprar a Sichuan Chuangke Biotechnology Co., Ltd. Els kits de prova de glucosa inclouen glucosa oxidasa (GOD), peroxidasa (POD), 4-aminoantipirina i fenol, etc. La solució cromogènica es va preparar mitjançant el mètode habitual GOD-POD 37.
Com es mostra a la Taula 2, es va preparar una gamma de solucions de glucosa a diverses concentracions utilitzant DI H2O com a diluent mitjançant un mètode de dilució seriada (vegeu els Materials Suplementaris per a més detalls). Prepareu mostres tenyides o en blanc barrejant una solució de glucosa o aigua desionitzada amb una solució cromogènica en una proporció de volum fixa de 3:1, respectivament. Totes les mostres es van emmagatzemar a 37 °C protegides de la llum durant 10 minuts abans de la mesura. En el mètode GOD-POD, les mostres tenyides es tornen vermelles amb un màxim d'absorció a 505 nm, i l'absorció és gairebé proporcional a la concentració de glucosa.
Com es mostra a la Taula 1, es va preparar una sèrie de solucions de tinta vermella (Ostrich Ink Co., Ltd., Tianjin, Xina) mitjançant el mètode de dilució en sèrie utilitzant DI H2O com a dissolvent.
Com citar aquest article: Bai, M. et al. Fotòmetre compacte basat en capil·lars de guia d'ones metàl·liques: per a la determinació de concentracions nanomolars de glucosa. The Science. 5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
Dress, P. i Franke, H. Augment de la precisió de l'anàlisi de líquids i el control del valor del pH mitjançant una guia d'ones de nucli líquid. Dress, P. i Franke, H. Augment de la precisió de l'anàlisi de líquids i el control del valor del pH mitjançant una guia d'ones de nucli líquid.Dress, P. i Franke, H. Millora de la precisió de l'anàlisi de líquids i el control del pH amb una guia d'ones de nucli líquid. Dress, P. & Franke, H. 使用液芯波导提高液体分析和pH 值控制的准确性。 Dress, P. i Franke, H. 使用液芯波导提高液体分析和pHDress, P. i Franke, H. Millora de la precisió de l'anàlisi de líquids i el control del pH mitjançant guies d'ones amb nucli líquid.Canvia a la ciència. Meter. 68, 2167–2171 (1997).
Li, QP, Zhang, J. -Z., Millero, FJ i Hansell, DA Determinació colorimètrica contínua de traces d'amoni en aigua de mar amb una cel·la capil·lar de guia d'ones líquida de llarg recorregut. Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ i Hansell, DA Determinació colorimètrica contínua de traces d'amoni en aigua de mar amb una cel·la capil·lar de guia d'ones líquida de llarg recorregut.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ i Hansel, DA Determinació colorimètrica contínua de traces d'amoni en aigua de mar mitjançant una cel·la capil·lar amb una guia d'ones líquida. Li, QP, Zhang, J. -Z., Millero, FJ & Hansell, DA 用长程液体波导毛细管连续比色测定海水中的痕量铵。 Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ i Hansell, DA.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ i Hansel, DA Determinació colorimètrica contínua de traces d'amoni en aigua de mar mitjançant capil·lars de guia d'ones líquida de llarg abast.Química al març. 96, 73–85 (2005).
Páscoa, RNMJ, Tóth, IV i Rangel, AOSS. Revisió sobre aplicacions recents de la cel·la capil·lar de guia d'ones líquida en tècniques d'anàlisi basades en flux per millorar la sensibilitat dels mètodes de detecció espectroscòpica. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV i Rangel, AOSS. Revisió sobre aplicacions recents de la cel·la capil·lar de guia d'ones líquida en tècniques d'anàlisi basades en flux per millorar la sensibilitat dels mètodes de detecció espectroscòpica.Pascoa, RNMJ, Toth, IV i Rangel, AOSS Una revisió de les aplicacions recents de la cel·la capil·lar de guia d'ones líquida en tècniques d'anàlisi de flux per millorar la sensibilitat dels mètodes de detecció espectroscòpica. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS回顾液体波导毛细管单元在基于流动的分析技术中的最新应用，以提高光谱检测方法的灵敏度。 Páscoa, rnmj, tóth, IV & rangel, aoss 回顾 液体 毛细管 单元 在 基于 的 分析 技术 中 的 朌 毛细管 毛细管 单元 在 基于 的 分析 技术 中 的 朌新閰 最检测 方法 的。。。 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵 敏度 灵 敏度灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度Pascoa, RNMJ, Toth, IV i Rangel, AOSS Una revisió de les aplicacions recents de les cel·les capil·lars de guia d'ones líquida en mètodes analítics basats en flux per millorar la sensibilitat dels mètodes de detecció espectroscòpica.anus. Llei química 739, 1-13 (2012).
Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. i Shen, J. Investigació del gruix de les pel·lícules d'Ag i AgI al capil·lar per a guies d'ona buides. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. i Shen, J. Investigació del gruix de les pel·lícules d'Ag i AgI al capil·lar per a guies d'ona buides.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. i Shen J. Investigació del gruix de les pel·lícules Ag, AgI en capil·lars per a guies d'ona buides. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. i Shen, J. 中空波导毛细管中Ag、AgI 薄膜厚度的研究。 Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. i Shen, J. Recerca sobre el gruix de la pel·lícula fina d'Ag i AgI al conducte d'aire.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. i Shen J. Investigació del gruix de pel·lícula fina Ag, AgI en capil·lars de guia d'ones buides.Física infraroja. Tecnologia 42, 501–508 (2001).
Gimbert, LJ, Haygarth, PM i Worsfold, PJ. Determinació de concentracions nanomolars de fosfat en aigües naturals mitjançant injecció de flux amb una cel·la capil·lar de guia d'ones líquida de llarg recorregut i detecció espectrofotomètrica en estat sòlid. Gimbert, LJ, Haygarth, PM i Worsfold, PJ. Determinació de concentracions nanomolars de fosfat en aigües naturals mitjançant injecció de flux amb una cel·la capil·lar de guia d'ones líquida de llarg recorregut i detecció espectrofotomètrica en estat sòlid.Gimbert, LJ, Haygarth, PM i Worsfold, PJ. Determinació de concentracions de fosfat nanomolars en aigües naturals mitjançant injecció de flux amb una cel·la capil·lar de guia d'ones líquida i detecció espectrofotomètrica en estat sòlid. Gimbert, LJ, Haygarth, PM i Worsfold, PJ使用流动注射和长光程液体波导毛细管和固态分光光度检测法测定天然水中纳摩尔浓度的磷酸盐。 Gimbert, LJ, Haygarth, PM i Worsfold, PJ Determinació de la concentració de fosfat en aigua natural mitjançant una xeringa de líquid i un tub capil·lar de guia d'ones líquida de llarg abast.Gimbert, LJ, Haygarth, PM i Worsfold, PJ. Determinació de fosfat nanomolar en aigua natural mitjançant flux d'injecció i guia d'ones capil·lar amb camí òptic llarg i detecció espectrofotomètrica d'estat sòlid.Taranta 71, 1624–1628 (2007).
Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. i Liu, S. Linealitat i longitud de recorregut òptic efectiva de les cèl·lules capil·lars de guia d'ones líquida. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. i Liu, S. Linealitat i longitud de recorregut òptic efectiva de les cèl·lules capil·lars de guia d'ones líquida.Belz M., Dress P., Suhitsky A. i Liu S. Linealitat i longitud de camí òptic efectiu en guies d'ona líquides en cèl·lules capil·lars. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. i Liu, S. 液体波导毛细管细胞的线性和有效光程长度。 Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. i Liu, S. La linealitat i la longitud efectiva de l'aigua líquida.Belz M., Dress P., Suhitsky A. i Liu S. Longitud de camí òptic lineal i efectiva en ona líquida de cèl·lules capil·lars.SPIE 3856, 271–281 (1999).
Dallas, T. i Dasgupta, PK Llum al final del túnel: aplicacions analítiques recents de guies d'ones de nucli líquid. Dallas, T. i Dasgupta, PK Llum al final del túnel: aplicacions analítiques recents de guies d'ones de nucli líquid.Dallas, T. i Dasgupta, PK Llum al final del túnel: aplicacions analítiques recents de guies d'ones de nucli líquid. Dallas, T. & Dasgupta, PK Llum al final del túnel：液芯波导的最新分析应用。 Dallas, T. & Dasgupta, PK Llum al final del túnel：液芯波导的最新分析应用。Dallas, T. i Dasgupta, PK Llum al final del túnel: la darrera aplicació analítica de les guies d'ones de nucli líquid.TrAC, anàlisi de tendències. Chemical. 23, 385–392 (2004).
Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR i McKelvie, ID Una cel·la de detecció fotomètrica de reflexió interna total versàtil per a l'anàlisi de flux. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR i McKelvie, ID Una cel·la de detecció fotomètrica de reflexió interna total versàtil per a l'anàlisi de flux.Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR i McKelvey, ID Cel·la de reflexió interna total fotomètrica universal per a l'anàlisi de flux. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID 用于流量分析的多功能全内反射光度检测池。 Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR i McKelvie, IDEllis, PS, Gentle, BS, Grace, MR i McKelvey, ID Cel·la fotomètrica TIR universal per a l'anàlisi de flux.Taranta 79, 830–835 (2009).
Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ i McKelvie, ID Cel·la de flux fotomètrica multireflexió per al seu ús en l'anàlisi d'injecció de flux d'aigües estuarines. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ i McKelvie, ID Cel·la de flux fotomètrica multireflexió per al seu ús en l'anàlisi d'injecció de flux d'aigües estuarines.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ i McKelvey, ID Una cel·la de flux fotomètrica multireflectància per al seu ús en l'anàlisi de flux d'aigües estuarines. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ i McKelvie, ID 多反射光度流动池，用于河口水域的流动注入分析。 Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ i McKelvie, ID.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ i McKelvey, ID Una cel·la de flux fotomètrica multireflectància per a l'anàlisi d'injecció de flux en aigües estuarines.anus Chim. Acta 499, 81-89 (2003).
Pan, J. -Z., Yao, B. i Fang, Q. Fotòmetre portàtil basat en la detecció d'absorció de guia d'ones de nucli líquid per a mostres a escala de nanolitres. Pan, J.-Z., Yao, B. i Fang, Q. Fotòmetre portàtil basat en la detecció d'absorció de guia d'ones de nucli líquid per a mostres a escala de nanolitres.Pan, J.-Z., Yao, B. i Fang, K. Un fotòmetre de mà basat en la detecció d'absorció de longitud d'ona de nucli líquid per a mostres a escala de nanolitres. Pan, J. -Z., Yao, B. i Fang, Q. 基于液芯波导吸收检测的纳升级样品手持光度计。 Pan, J.-Z., Yao, B. i Fang, Q. Basat en 液芯波波水水水油法的纳法手手手持光度计。Pan, J.-Z., Yao, B. i Fang, K. Un fotòmetre de mà amb una mostra a nanoescala basat en la detecció d'absorció en una ona de nucli líquid.Anus Chemical. 82, 3394–3398 (2010).
Zhang, J.-Z. Augmenteu la sensibilitat de l'anàlisi del flux d'injecció mitjançant una cel·la de flux capil·lar amb un camí òptic llarg per a la detecció espectrofotomètrica. anus. the science. 22, 57–60 (2006).
D'Sa, EJ i Steward, RG Aplicació de la guia d'ones capil·lar líquida en l'espectroscòpia d'absorbància (Resposta al comentari de Byrne i Kaltenbacher). D'Sa, EJ i Steward, RG Aplicació de la guia d'ones capil·lar líquida en l'espectroscòpia d'absorbància (Resposta al comentari de Byrne i Kaltenbacher).D'Sa, EJ i Steward, RG Aplicacions de guies d'ona capil·lars líquides en espectroscòpia d'absorció (Resposta als comentaris de Byrne i Kaltenbacher). D'Sa, EJ & Steward, RG 液体毛细管波导在吸收光谱中的应用（回复Byrne 和Kaltenbacher 的评论）。 D'Sa, EJ & Steward, RG Aplicació de l'espectre d'absorció de líquids 毛绿波波对在（回复Byrne和Kaltenbacher的评论）.D'Sa, EJ i Steward, RG Guies d'ona capil·lars líquides per a espectroscòpia d'absorció (en resposta als comentaris de Byrne i Kaltenbacher).limonol. Oceanògraf. 46, 742–745 (2001).
Khijwania, SK i Gupta, BD Sensor d'absorció de camp evanescent de fibra òptica: efecte dels paràmetres de la fibra i la geometria de la sonda. Khijwania, SK i Gupta, BD Sensor d'absorció de camp evanescent de fibra òptica: efecte dels paràmetres de la fibra i la geometria de la sonda.Hijvania, SK i Gupta, BD Sensor d'absorció de camp evanescent de fibra òptica: influència dels paràmetres de la fibra i la geometria de la sonda. Khijwania, SK i Gupta, BD 光纤倏逝场吸收传感器：光纤参数和探头几何形状的影响。 Khijwania, SK i Gupta, BDHijvania, SK i Gupta, BD Sensors de fibra òptica d'absorció de camp evanescent: influència dels paràmetres de la fibra i la geometria de la sonda.Òptica i electrònica quàntica 31, 625–636 (1999).
Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. i Woodruff, SD Sortida angular de sensors Raman de guia d'ones buits i revestits de metall. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. i Woodruff, SD Sortida angular de sensors Raman de guia d'ones buits i revestits de metall.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. i Woodruff, SD. Sortida angular de sensors Raman de guia d'ones buida amb revestiment metàl·lic. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. i Woodruff, SD 空心金属内衬波导拉曼传感器的角输出。 Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. i Woodruff, SD.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. i Woodruff, SD. Sortida angular d'un sensor Raman amb una guia d'ones de metall nu.sol·licitud per triar 51, 2023-2025 (2012).
Harrington, JA Una visió general de les guies d'ona buides per a la transmissió d'infrarojos. Integració de fibra. Per triar. 19, 211–227 (2000).