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L'analisi di traccia di campioni liquidi hà una larga gamma di applicazioni in e scienze di a vita è u monitoraghju ambientale.In questu travagliu, avemu sviluppatu un fotometru compactu è pocu prezzu basatu in capillari di guida d'onda metallica (MCC) per a determinazione ultrasensibile di l'assorbimentu.U percorsu otticu pò esse aumentatu assai, è assai più longu di a lunghezza fisica di u MWC, perchè a luce spargugliata da i fianchi di metalli lisci ondulati pò esse cuntenuta in u capillare indipendentemente da l'angolo d'incidenza.Cuncentrazioni quant'è 5.12 nM ponu esse ottenute utilizendu reagenti cromogeni cumuni per via di una nova amplificazione ottica non lineare è di un cambiamentu rapidu di campionu è di rilevazione di glucose.
A fotometria hè largamente aduprata per l'analisi di traccia di campioni di liquidu per via di l'abbundanza di reagenti cromogenici dispunibili è dispusitivi optoelettronici semiconduttori1,2,3,4,5.Comparatu à a determinazione tradiziunale di l'assorbanza basata in cuvette, i capillari di guida d'onda liquida (LWC) riflettenu (TIR) ​​​​mantenendu a luce di a sonda in u capillare1,2,3,4,5.In ogni casu, senza più mellura, u percorsu otticu hè solu vicinu à a lunghezza fisica di LWC3.6, è l'aumentu di a lunghezza LWC oltre 1.0 m soffrenu di una forte attenuazione di luce è un altu risicu di bolle, etc.3, 7. In quantu à a cellula multi-riflessione pruposta per i percorsi ottici, u limitu di deteczione hè solu migliuratu da un fattore 5-8.92.
Ci sò attualmente dui tipi principali di LWC, à dì capillari di Teflon AF (avè un indice di rifrazione di solu ~ 1,3, chì hè più bassu di quellu di l'acqua) è capillari di silice rivestiti di Teflon AF o film metallici1,3,4.Per ottene TIR à l'interfaccia trà i materiali dielettrici, sò richiesti materiali cù un indice di rifrazione bassu è anguli d'incidenza di luce elevati3,6,10.Riguardu à i capillari Teflon AF, Teflon AF hè traspirante per via di a so struttura porosa3,11 è pò assorbe piccule quantità di sustanzi in campioni d'acqua.Per i capillari di quartz rivestiti à l'esternu cù Teflon AF o metallu, l'indice di rifrazione di quartz (1,45) hè più altu ch'è a maiò parte di i campioni liquidi (per esempiu, 1,33 per l'acqua)3,6,12,13.Per i capillari rivestiti cù una film di metallu in l'internu, i pruprietà di u trasportu sò stati studiati14,15,16,17,18, ma u prucessu di revestimentu hè cumplicatu, a superficia di a film metallica hà una struttura rugosa è porosa4,19.
In più, LWC cummirciali (AF Teflon Coated Capillaries è AF Teflon Coated Silica Capillaries, World Precision Instruments, Inc.) anu qualchì altru disadvantages, cum'è: per difetti..U grande volume mortu di u TIR3,10, (2) T-connector (per cunnette capillari, fibre è tubi di ingressu / uscita) ponu intrappulà bolle d'aria10.
À u listessu tempu, a determinazione di i livelli di glucose hè di grande impurtanza per u diagnosticu di diabete, cirrosi di u fegatu è e malatie mentale20.è parechji metudi di rilevazione cum'è a fotometria (cumprese spettrofotometria 21, 22, 23, 24, 25 è colorimetria nantu à carta 26, 27, 28), galvanometria 29, 30, 31, fluorometria 32, 33, 34, 35, risonanza ottica, plasmona 36, ​​superficia.37, cavità Fabry-Perot 38, electrochemistry 39 è electrophoresis capillary 40,41 è cusì.Tuttavia, a maiò parte di sti metudi necessitanu un equipamentu caru, è a rilevazione di glucose à parechje cuncentrazioni nanomolar resta una sfida (per esempiu, per misure fotometriche 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, a concentrazione più bassa di glucose).a limitazione era solu 30 nM quandu i nanoparticuli blu prussianu sò stati utilizati cum'è imitatori di perossidasi).L'analisi di glucose nanomolare sò spessu richiesti per studii cellulari à livellu molekulari cum'è l'inibizione di a crescita di u cancer di prostata umana42 è u cumpurtamentu di fissazione di CO2 di Prochlorococcus in l'oceanu.
In questu articulu, un fotometru compactu è pocu prezzu basatu annantu à un capillare di guida d'onda metallica (MWC), un capillare in acciaio inox SUS316L cù una superficia interna elettropulita, hè statu sviluppatu per a determinazione di l'assorbimentu ultrasensibile.Siccomu a luce pò esse intrappulata in i capillari metallici, indipendentemente da l'angolo d'incidenza, u percorsu otticu pò esse aumentatu assai da a sparghjera di luce nantu à superfici metalliche ondulate è liscia, è hè assai più longu di a lunghezza fisica di u MWC.Inoltre, un simplice T-connector hè statu cuncepitu per a cunnessione ottica è l'entrata / uscita di fluidu per minimizzà u voluminu mortu è evità l'intrappolamentu di bolle.Per u fotometru MWC di 7 cm, u limitu di rilevazione hè migliuratu di circa 3000 volte cumparatu cù l'u spettrofotometru cummerciale cù cuvette di 1 cm per via di a nova ristrutturazione di u percorsu otticu non lineale è di u cambiamentu rapidu di mostra, è a cuncentrazione di rilevazione di glucose pò ancu esse ottenuta.solu 5,12 nM cù reagenti cromogeni cumuni.
Comu mostra in a Figura 1, u fotometru basatu in MWC hè custituitu da un MWC di 7 cm di lunghezza cù una superficia interna elettropulita di qualità EP, un LED 505 nm cù una lente, un fotodetettore di guadagnu regulabile, è dui per l'accoppiamentu otticu è l'ingressu di liquidu.Esci.Una valvula à trè vie cunnessa à u tubu di ingressu Pike hè aduprata per cambià a mostra in entrata.U tubu Peek si adatta à u pianu di quartz è u MWC, cusì u voluminu mortu in u T-connector hè mantinutu à u minimu, impedendu efficacemente e bolle d'aria da esse intrappulati.Inoltre, u fasciu collimatu pò esse introduttu facilmente è efficace in u MWC à traversu a piastra di quartz T-piece.
U fasciu è u liquidu di mostra sò intrudutti in u MCC per un pezzu T, è u fasciu chì passa per u MCC hè ricevutu da un fotodetettore.Soluzioni entranti di campioni macchiati o in biancu sò stati intruduti alternativamente in l'ICC per mezu di una valvola à trè vie.Sicondu a lege di Beer, a densità ottica di una mostra di culore pò esse calculata da l'equazioni.1.10
induve Vcolor è Vblank sò i signali di output di u photodetector quandu u culore è i campioni in biancu sò intrudutti in u MCC, rispettivamente, è Vdark hè u signale di fondo di u photodetector quandu u LED hè spento.A variazione di u signale di output ΔV = Vcolor–Vblank pò esse misurata da cambià campioni.Sicondu l'equazioni.Cum'è mostra in a Figura 1, se ΔV hè assai più chjucu di Vblank–Vdark, quandu si usa un schema di commutazione di campionamentu, picculi cambiamenti in Vblank (per esempiu, drift) ponu avè pocu effettu nantu à u valore AMWC.
Per paragunà u funziunamentu di u fotometru basatu in MWC cù u spettrofotometru basatu in cuvette, una suluzione di tinta rossa hè stata aduprata cum'è mostra di culore per via di a so eccellente stabilità di u culore è a bona linearità di concentrazione-assorbanza, DI H2O cum'è un campione in biancu..Comu mostra in a Tabella 1, una seria di suluzione di tinta rossa hè stata preparata da u metudu di diluzione seriale cù DI H2O cum'è solvente.A cuncentrazione relativa di mostra 1 (S1), pittura rossa originale senza diluzione, hè stata determinata cum'è 1.0.Nantu à fig.A Figura 2 mostra e fotografie ottiche di 11 campioni di tinta rossa (S4 à S14) cù concentrazioni relative (elencate in a Tabella 1) chì varieghja da 8.0 × 10-3 (a manca) à 8.2 × 10-10 (a destra).
I risultati di misurazione per u sample 6 sò mostrati in Figs.3(a).I punti di cunversione trà campioni macchiati è bianchi sò marcati in a figura da doppia freccia "↔".Pò esse vistu chì a tensione di output aumenta rapidamente quandu si passa da campioni di culore à campioni in biancu è viceversa.Vcolor, Vblank è u ΔV currispundenti ponu esse ottenuti cum'è mostra in a figura.
(a) Risultati di misurazione per u campione 6, (b) campione 9, (c) campione 13, è (d) campione 14 utilizendu un fotometru basatu in MWC.
I risultati di misurazione per i campioni 9, 13 è 14 sò mostrati in Figs.3(b)-(d), rispettivamente.Cum'è mostra in a Figura 3(d), u ΔV misuratu hè solu 5 nV, chì hè quasi 3 volte u valore di u rumore (2 nV).Un picculu ΔV hè difficiule da distingue da u rumore.Cusì, u limitu di deteczione hà righjuntu una cuncentrazione relativa di 8,2 × 10-10 (mostra 14).Cù l'aiutu di equazioni.1. L'absorbanza AMWC pò esse calculata da i valori misurati di Vcolor, Vblank è Vdark.Per un fotodetettore cù un guadagnu di 104 Vdark hè -0.68 μV.I risultati di misurazione per tutti i campioni sò riassunti in a Tabella 1 è ponu esse truvati in u materiale supplementu.Cum'è mostra in a Tabella 1, l'assorbanza truvata à alta concentrazione satura, cusì l'assorbanza sopra 3.7 ùn pò micca esse misurata cù spettrometri basati in MWC.
Per paragunà, una mostra di tinta rossa hè stata misurata ancu cù un spettrofotometru è l'assorbanza di l'Acuvette misurata hè mostrata in a Figura 4. I valori di l'Acuvette à 505 nm (cum'è mostra in a Table 1) sò stati ottenuti riferenu à e curve di campioni 10, 11, o 12 (cum'è mostra in l'inseritu).à Fig. 4) cum'è una basa.Cum'è mostratu, u limitu di deteczione hà righjuntu una cuncentrazione relativa di 2,56 x 10-6 (mostra 9) perchè e curve di assorbimentu di i campioni 10, 11 è 12 eranu indistinguibili l'una di l'altru.Cusì, quandu si usa u fotometru basatu in MWC, u limitu di rilevazione hè statu migliuratu da un fattore di 3125 cumparatu cù u spettrofotometru basatu in cuvette.
Dipendenza absorption-concentrazione hè prisentatu in Fig.5.Per e misurazioni in cuvette, l'assorbanza hè proporzionale à a cuncentrazione di l'inchiostro à una lunghezza di percorsu di 1 cm.Mentre chì, per e misurazioni basate in MWC, un aumentu non lineale di l'assorbanza hè statu osservatu à bassu concentrazioni.Sicondu a lege di Beer, l'assorbanza hè proporzionale à a lunghezza di u percorsu otticu, cusì u guadagnu di assorbimentu AEF (definitu cum'è AEF = AMWC/Acuvette à a listessa cuncentrazione di tinta) hè u rapportu di MWC à a lunghezza di u percorsu otticu di a cuvette.Cum'è mostra in a Figura 5, à cuncentrazioni elevate, l'AEF constante hè di circa 7,0, chì hè ragiunate postu chì a lunghezza di u MWC hè esattamente 7 volte a lunghezza di una cuvette di 1 cm. In ogni casu, à bassu cuncentrazioni (concentrazione ligata <1,28 × 10-5), l'AEF aumenta cù a cuncentrazione dicrescente è ghjunghje à un valore di 803 à a cuncentrazione ligata di 8,2 × 10-10 extrapolendu a curva di misurazione basata in cuvette. In ogni casu, à bassu cuncentrazioni (concentrazione ligata <1,28 × 10-5), l'AEF aumenta cù a cuncentrazione dicrescente è ghjunghje à un valore di 803 à a cuncentrazione ligata di 8,2 × 10-10 extrapolendu a curva di misurazione basata in cuvette. Однако при низких концентрациях (относительная концентрация <1,28 × 10–5) AEF увеличициях увеличициях рации и может достигать значения 803 при относительной концентрации 8,2 × 10–10 при эносительной концентрации 8,2 × 10–10 при эносительной концентрации я на основе кюветы. Tuttavia, à bassu cuncentrazione (concentrazione relativa <1,28 × 10–5), l'AEF aumenta cù a cuncentrazione decrescente è pò ghjunghje à un valore di 803 à una cuncentrazione relativa di 8,2 × 10–10 quandu hè estrapolatu da una curva di misurazione basata in cuvette.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且增加且并下并下浓度色皿的测量曲线，在相关浓度为8.2 × 10-10 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 关 度 并 且 并 一 并比色皿 测量 曲线 ， 在 浓度 为 8.2 × 10-10 时 达到 达到 达到 达到 达到。 到 803 Однако при низких концентрациях (релевантные концентрации < 1,28 × 10-5) АЭП увелитциях Однако при низких концентрациях ентрации, и при экстраполяции кривой измерения на основе кюветы она достигает значетнигает значетнонца олитнонцой остраполяции 8,2 × 10–10 803 . In ogni casu, à bassu cuncentrazione (concentrazioni pertinenti < 1.28 × 10-5) l'AED aumenta cù a concentrazione diminuente, è quandu l'estrapolata da una curva di misurazione basata in cuvette, righjunghji un valore di cuncentrazione relative di 8.2 × 10-10 803.Questu risultatu in un percorsu otticu currispundente di 803 cm (AEF × 1 cm), chì hè assai più longu ch'è a lunghezza fisica di u MWC, è ancu più longu di u LWC più longu dispunibule cummerciale (500 cm da World Precision Instruments, Inc.).Doko Engineering LLC hà una lunghezza di 200 cm).Stu aumentu non lineale di l'assorbimentu in u LWC ùn hè micca statu rappurtatu prima.
Nantu à fig.6 (a) - (c) mostranu una maghjina ottica, una maghjina di microscopiu, è una maghjina di profiler otticu di a superficia interna di a sezione MWC, rispettivamente.Comu mostra in fig.6 (a), a superficia interna hè liscia è brillanti, pò riflette a luce visibile, è hè altamente riflettente.Comu mostra in fig.6 (b), per via di a deformabilità è a natura cristallina di u metallu, picculi mesas è irregularità appariscenu nantu à a superficia liscia. In vista di u spaziu chjucu (<5 μm × 5 μm), a rugosità di a maiò parte di a superficia hè menu di 1,2 nm (Fig. 6 (c)). In vista di una zona chjuca (<5 μm × 5 μm), a rugosità di a maiò parte di a superficia hè menu di 1,2 nm (Fig. 6 (c)). Ввиду малой площади (<5 мкм×5 мкм) шероховатость большей части поверхности составляет 1, ставля ет (1,2). A causa di a piccula zona (<5 µm × 5 µm), a rugosità di a maiò parte di a superficia hè menu di 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 ис. 6 (в)). Cunsiderendu l'area chjuca (<5 µm × 5 µm), a rugosità di a maiò parte di e superfici hè menu di 1,2 nm (Fig. 6 (c)).
(a) Image ottica, (b) microscope image, è (c) imagine ottica di a superficia interna di u MWC cut.
Comu mostra in fig.7(a), u percorsu otticu LOP in u capillare hè determinatu da l'angolo d'incidenza θ (LOP = LC/sinθ, induve LC hè a lunghezza fisica di u capillare).Per i capillari Teflon AF pieni di DI H2O, l'angolo di incidenza deve esse più grande di l'angolo criticu di 77,8 °, cusì u LOP hè menu di 1,02 × LC senza più migliurà3,6.Mentre chì, cù MWC, u confinamentu di a luce in u capillare hè indipendente da l'indice di rifrazione o l'angolo d'incidenza, cusì chì l'angolo d'incidenza diminuisce, u percorsu di a luce pò esse assai più longu di a lunghezza di u capillare (LOP »LC).Comu mostra in fig.7 (b), a superficia di metallu ondulatu pò induce a sparghjera di luce, chì pò aumentà assai u percorsu otticu.
Dunque, ci sò dui percorsi luminosi per MWC: a luce diretta senza riflessione (LOP = LC) è a luce à dente di sega cù riflessioni multiple trà e pareti laterali (LOP » LC).Sicondu a lege di Beer, l'intensità di a luce diretta è in zigzag trasmessa pò esse espressa cum'è PS×exp(-α×LC) è PZ×exp(-α×LOP) rispettivamente, induve a constante α hè u coefficient d'assorbimentu, chì dipende interamente da a cuncentrazione di l'inchiostro.
Per a tinta d'alta cuncentrazione (per esempiu, cuncentrazione relatata> 1.28 × 10-5), a zigzag-light hè assai attenuata è a so intensità hè assai più bassu di quella di dritta-light, per via di u grande coefficient d'absorzione è di u so percorsu otticu assai più longu. Per a tinta d'alta cuncentrazione (per esempiu, cuncentrazione relatata> 1.28 × 10-5), a zigzag-light hè assai attenuata è a so intensità hè assai più bassa di quella di a luce dritta, per via di u grande coefficient d'absorzione è di u so percorsu otticu assai più longu. Для чернил с высокой концентрацией (например, относительная концентрация > 1,28 × 10-5) зимер, относительная концентрация >1,28 × 10-5) о затухает, а его интенсивность намного ниже, чем у прямого света, из-за большого большого большого концого коцого света гораздо более длинного оптического излучения. Per a tinta d'alta cuncentrazione (per esempiu, a cuncentrazione relativa> 1.28 × 10-5), a luce di zigzag hè fortemente attenuata è a so intensità hè assai più bassa di quella di a luce diretta per via di u grande coefficient d'assorbimentu è di emissioni ottiche assai più longu.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，其强关浓度，其强度浓度）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 长 长Для чернил с высокой концентрацией (например, релевантные концентрации > 1,28×10-5) зитрацией зинтрацией ьно ослабляется, и его интенсивность намного ниже, чем у прямого света из-за больтоцогого голеньфшого я и более длительного оптического времени. Per inchiostri d'alta concentrazione (per esempiu, cuncentrazioni rilevanti> 1.28 × 10-5), a luce di zigzag hè significativamente attenuata è a so intensità hè assai più bassa di quella di a luce diretta per via di u grande coefficient d'assorbimentu è di u tempu otticu più longu.piccula strada.Cusì, a luce diretta dominava a determinazione di l'assorbanza (LOP = LC) è l'AEF hè stata mantenuta constante à ~ 7.0. In cuntrastu, quandu u coefficient d'absorzione hè diminuitu cù a diminuzione di a cuncentrazione di tinta (per esempiu, a cuncentrazione relatata <1,28 × 10-5), l'intensità di zigzag-light aumenta più rapidamente di quella di straight-light è poi zigzag-light cumencia à ghjucà un rolu più impurtante. In cuntrastu, quandu u coefficient d'absorzione hè diminuitu cù a diminuzione di a cuncentrazione di tinta (per esempiu, a cuncentrazione relatata <1,28 × 10-5), l'intensità di zigzag-light aumenta più rapidamente di quella di straight-light è poi zigzag-light cumencia à ghjucà un rolu più impurtante. Напротив, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чентрации чарнашается я концентрация <1,28 × 10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличивается быстрем быстрея, гообразного света тем начинает играть зигзагообразный свет. À u cuntrariu, quandu u coefficient d'absorzione diminuisce cù a diminuzione di a cuncentrazione di tinta (per esempiu, a cuncentrazione relativa <1,28 × 10-5), l'intensità di a luce zigzag aumenta più veloce di quella di a luce diretta, è poi a luce zigzag cumencia à ghjucà.rolu più impurtante.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-彎孭）彎而降低时（例如，相关浓度<1.28×10形孭）度比直光增加得更快，然后Z字形光开始发挥作用一个更重要的角色。相反 ， 当 吸收 系数 随着 墨水 的 降低 而 降低 时 例如 例如 ， 相兺， 相兺， 浓Ｆ 18 × 10 × 10 ， 字形光 的 强度 比 增加 得 更 ， 然后 z 字形光 发挥 作用 一 个 重要 更 重要 更更 更 更 更 更 HI的角色。 И наоборот, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрациент поглощения уменьшается с уменьшением концентрациент ующая концентрация < 1,28×10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличивается б,гзагообразного света увеличиваетстре б,гзагообразного зигзагообразный свет начинает играть более важную роль. À u cuntrariu, quandu u coefficient d'absorzione diminuisce cù a diminuzione di a cuncentrazione di tinta (per esempiu, a cuncentrazione currispundente < 1,28 × 10-5), l'intensità di a luce zigzag aumenta più veloce di a luce diretta, è allora a luce zigzag cumencia à ghjucà un rolu più impurtante.caratteru di rolu.Dunque, per via di u percorsu otticu sawtooth (LOP »LC), l'AEF pò esse aumentatu assai più di 7.0.E caratteristiche precise di trasmissione di luce di MWC ponu esse ottenute aduprendu a teoria di u modu di guida d'onda.
In più di migliurà u percorsu otticu, u cambiamentu rapidu di campionu cuntribuisce ancu à i limiti di rilevazione ultra-bassi.A causa di u picculu voluminu di MCC (0,16 ml), u tempu necessariu per cambià è cambià suluzione in MCC pò esse menu di 20 seconde.Comu mostra in a Figura 5, u valore minimu detectable di AMWC (2,5 × 10–4) hè 4 volte più bassu di quellu di Acuvette (1,0 × 10–3).U cambiamentu rapidu di a suluzione chì scorri in u capillare riduce l'effettu di u rumore di u sistema (per esempiu, a deriva) nantu à a precisione di a diferenza di assorbanza cumparatu cù a suluzione di ritenzione in a cuvette.Per esempiu, cum'è mostra in fig.3(b)-(d), ΔV pò esse facilmente distintu da un signalu di deriva per via di un cambiamentu rapidu di campionu in u capillare di pocu volume.
Cum'è mostra in a Tabella 2, una varietà di suluzione di glucose à diverse cuncentrazioni sò state preparate cù DI H2O cum'è solvente.I campioni macchiati o in biancu sò stati preparati mischjendu a suluzione di glucose o l'acqua deionizzata cù suluzioni cromogeniche di glucose oxidase (GOD) è peroxidase (POD) 37 in un rapportu voluminu fissu di 3: 1, rispettivamente.Nantu à fig.8 mostra fotografie ottiche di nove campioni macchiati (S2-S10) cù concentrazioni di glucose chì varianu da 2.0 mM (a sinistra) à 5.12 nM (a destra).Redness diminuisce cù a diminuzione di a concentrazione di glucose.
I risultati di e misurazioni di i campioni 4, 9 è 10 cù un fotometru basatu in MWC sò mostrati in Figs.9(a)-(c), rispettivamente.Comu mostra in fig.9 (c), u ΔV misuratu diventa menu stabile è aumenta lentamente durante a misurazione cum'è u culore di u reattivu GOD-POD stessu (ancu senza aghjunghje glucose) cambia lentamente in a luce.Cusì, e misurazioni successive di ΔV ùn ponu esse ripetute per i campioni cù una concentrazione di glucose di menu di 5,12 nM (mostra 10), perchè quandu ΔV hè abbastanza chjucu, l'instabilità di u reattivu GOD-POD ùn pò più esse trascurata.Dunque, u limitu di deteczione per a suluzione di glucose hè 5,12 nM, ancu s'è u valore ΔV currispundente (0,52 µV) hè assai più grande di u valore di rumore (0,03 µV), chì indica chì un picculu ΔV pò ancu esse rilevatu.Stu limitu di rilevazione pò esse migliuratu ancu cù l'usu di reagenti cromogeni più stabili.
(a) Risultati di misurazione per u campione 4, (b) campione 9, è (c) campione 10 utilizendu un fotometru basatu in MWC.
L'assorbanza AMWC pò esse calculata utilizendu i valori misurati di Vcolor, Vblank è Vdark.Per un fotodetettore cù un guadagnu di 105 Vdark hè -0.068 μV.E misurazioni per tutti i campioni ponu esse stabiliti in u materiale supplementu.Per paragone, i campioni di glucose sò stati misurati ancu cù un spettrofotometru è l'assorbanza misurata di Acuvette hà righjuntu un limitu di rilevazione di 0,64 µM (campione 7) cum'è mostra in a Figura 10.
A relazione trà l'absorbanza è a cuncentrazione hè presentata in a Figura 11. Cù u fotòmetru basatu in MWC, una mellura di 125 volte in u limitu di deteczione hè stata ottenuta cumparatu cù l'espectrofotometru basatu in cuvette.Questa migliione hè più bassu di l'assay di tinta rossa per via di a poca stabilità di u reattivu GOD-POD.Un incrementu non lineale di l'assorbanza à bassa concentrazioni hè statu ancu osservatu.
U fotometru basatu in MWC hè statu sviluppatu per a rilevazione ultra-sensibile di campioni liquidi.U percorsu otticu pò esse aumentatu assai, è assai più longu di a lunghezza fisica di u MWC, perchè a luce spargugliata da i fianchi di metalli lisci ondulati pò esse cuntenuta in u capillare indipendentemente da l'angolo d'incidenza.Cuncentrazioni finu à 5,12 nM ponu esse ottenute aduprendu reagenti GOD-POD convenzionali grazie à una nova amplificazione ottica non lineare è un cambiamentu rapidu di campionu è a rilevazione di glucose.Stu fotometru compactu è pocu costu serà largamente utilizatu in e scienze di a vita è u monitoraghju ambientale per l'analisi di traccia.
Cum'è mostra in Figura 1, u fotometru basatu in MWC hè custituitu da un MWC di 7 cm di lunghezza (diametru internu 1,7 mm, diametru esterno 3,18 mm, superficia interna elettrolucida di classe EP, capillare in acciaio inox SUS316L), un LED di lunghezza d'onda 505 nm (Thorlabs M505 M505), un guadagno variabile (Thorlabs M505), un guadagno variabile (Thorlabs M505F) e un guadagno variabile. labs PDB450C) è dui T-connectors per a cumunicazione ottica è liquid in / out.U T-connector hè fattu da unisce una piastra di quartz trasparente à un tubu PMMA in quale i tubi MWC è Peek (0,72 mm ID, 1,6 mm OD, Vici Valco Corp.) sò strettamente inseriti è incollati.Una valvula à trè vie cunnessa à u tubu di ingressu Pike hè aduprata per cambià a mostra in entrata.U fotodetettore pò cunvertisce a putenza ottica ricevuta P in un signalu di tensione amplificatu N × V (induve V / P = 1.0 V / W à 1550 nm, u guadagnu N pò esse regulatu manualmente in a gamma di 103-107).Per brevità, V hè utilizatu invece di N × V cum'è signale di output.
In paragone, un spettrofotometru cummerciale (Agilent Technologies Cary 300 series with R928 High Efficiency Photomultiplier) cù una cellula di cuvette di 1,0 cm hè statu ancu utilizatu per misurà l'assorbanza di campioni liquidi.
A superficia interna di u cut MWC hè stata esaminata cù un profiler di superficia otticu (ZYGO New View 5022) cù una risoluzione verticale è laterale di 0.1 nm è 0.11 µm, rispettivamente.
Tutti i sustanzi chimichi (qualità analitica, senza più purificazione) sò stati acquistati da Sichuan Chuangke Biotechnology Co., Ltd. I kit di teste di glucose includenu glucose oxidase (GOD), peroxidase (POD), 4-aminoantipyrine è fenol, etc. A suluzione cromogenica hè stata preparata da u metudu GOD-POD 37.
Cum'è mostra in a Tabella 2, una gamma di soluzioni di glucose à diverse concentrazioni sò state preparate utilizendu DI H2O cum'è diluente utilizendu un metudu di diluzione seriale (vede i Materiali Supplementari per i dettagli).Preparate campioni macchiati o in biancu mischjendu a suluzione di glucose o l'acqua deionizzata cù una suluzione cromogenica in una proporzione di volumi fissa di 3: 1, rispettivamente.Tutti i campioni sò stati guardati à 37 ° C prutetti da a luce per 10 minuti prima di a misurazione.In u metudu GOD-POD, i campioni macchiati diventanu rossi cù un massimu di assorbimentu à 505 nm, è l'assorbimentu hè quasi proporzionale à a cuncentrazione di glucose.
Cum'è mostra in a Tabella 1, una seria di suluzione di tinta rossa (Ostrich Ink Co., Ltd., Tianjin, China) sò state preparate da u metudu di diluzione seriale cù DI H2O cum'è solvente.
Cumu cita stu articulu: Bai, M. et al.Fotometro compatto basato su capillari di guida d'onda metalliche: per la determinazione di concentrazioni nanomolari di glucosio.a scienza.5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
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