Tak fordi du besøger Nature.com. Den browserversion, du bruger, har begrænset CSS-understøttelse. For at få den bedste oplevelse anbefaler vi, at du bruger en opdateret browser (eller deaktiverer kompatibilitetstilstand i Internet Explorer). I mellemtiden, for at sikre fortsat support, vil vi gengive webstedet uden typografier og JavaScript.
Sporanalyse af flydende prøver har en bred vifte af anvendelser inden for biovidenskab og miljøovervågning. I dette arbejde har vi udviklet et kompakt og billigt fotometer baseret på metalbølgelederkapillærer (MCC'er) til ultrafølsom bestemmelse af absorption. Den optiske vej kan øges betydeligt og er meget længere end den fysiske længde af MWC'en, fordi lys spredt af de korrugerede, glatte metalsidevægge kan indeholdes i kapillærrøret uanset indfaldsvinklen. Koncentrationer så lave som 5,12 nM kan opnås ved hjælp af almindelige kromogene reagenser på grund af ny ikke-lineær optisk amplifikation og hurtig prøveskift og glukosedetektion.
Fotometri anvendes i vid udstrækning til sporanalyse af væskeprøver på grund af den store mængde tilgængelige kromogene reagenser og halvlederoptoelektroniske enheder1,2,3,4,5. Sammenlignet med traditionel kuvettebaseret absorbansbestemmelse reflekterer væskebølgelederkapillærer (LWC) (TIR) ​​ved at holde probelyset inde i kapillærrøret1,2,3,4,5. Uden yderligere forbedringer er den optiske bane dog kun tæt på den fysiske længde af LWC3,6, og en øgning af LWC-længden ud over 1,0 m vil lide under stærk lysdæmpning og en høj risiko for bobler osv.3, 7. Med hensyn til den foreslåede multireflektionscelle til forbedringer af den optiske bane forbedres detektionsgrænsen kun med en faktor på 2,5-8,9.
Der findes i øjeblikket to hovedtyper af LWC, nemlig Teflon AF-kapillærer (med et brydningsindeks på kun ~1,3, hvilket er lavere end vands) og silicakapillærer belagt med Teflon AF eller metalfilm1,3,4. For at opnå TIR ved grænsefladen mellem dielektriske materialer kræves materialer med et lavt brydningsindeks og høje lysindfaldsvinkler3,6,10. Med hensyn til Teflon AF-kapillærer er Teflon AF åndbar på grund af sin porøse struktur3,11 og kan absorbere små mængder stoffer i vandprøver. For kvartskapillærer belagt på ydersiden med Teflon AF eller metal er brydningsindekset for kvarts (1,45) højere end de fleste flydende prøver (f.eks. 1,33 for vand)3,6,12,13. For kapillærer belagt med en metalfilm indeni er transportegenskaber blevet undersøgt14,15,16,17,18, men belægningsprocessen er kompliceret, og overfladen af ​​metalfilmen har en ru og porøs struktur4,19.
Derudover har kommercielle LWC'er (AF Teflon-belagte kapillærer og AF Teflon-belagte silicakapillærer, World Precision Instruments, Inc.) nogle andre ulemper, såsom: fejl. Det store dødvolumen af ​​TIR3,10, (2) T-forbindelsen (til at forbinde kapillærer, fibre og indløbs-/udløbsrør) kan fange luftbobler10.
Samtidig er bestemmelse af glukoseniveauer af stor betydning for diagnosticering af diabetes, levercirrose og psykiske sygdomme20. og mange detektionsmetoder såsom fotometri (herunder spektrofotometri21, 22, 23, 24, 25 og kolorimetri på papir26, 27, 28), galvanometri29, 30, 31, fluorometri32, 33, 34, 35, optisk polarimetri36, overfladeplasmonresonans37, Fabry-Perot-hulrum38, elektrokemi39 og kapillærelektroforese40,41 osv. De fleste af disse metoder kræver dog dyrt udstyr, og detektion af glukose ved flere nanomolære koncentrationer er fortsat en udfordring (for eksempel for fotometriske målinger21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, den laveste koncentration af glukose). Begrænsningen var kun 30 nM, når preussisk blå nanopartikler blev brugt som peroxidaseefterligninger). Nanomolære glukoseanalyser er ofte nødvendige til cellulære studier på molekylært niveau, såsom hæmning af væksten af ​​prostatakræft hos mennesker42 og CO2-fikseringsadfærden hos Prochlorococcus i havet.
I denne artikel blev et kompakt, billigt fotometer baseret på en metalbølgelederkapillær (MWC), en SUS316L rustfrit stålkapillær med en elektropoleret indre overflade, udviklet til ultrafølsom absorptionsbestemmelse. Da lys kan fanges inde i metalkapillærer uanset indfaldsvinklen, kan den optiske vej øges betydeligt ved lysspredning på korrugerede og glatte metaloverflader, og den er meget længere end MWC'ens fysiske længde. Derudover blev der designet en simpel T-forbindelse til den optiske forbindelse og væskeindløb/-udløb for at minimere dødvolumen og undgå bobleindfangning. For 7 cm MWC-fotometeret er detektionsgrænsen forbedret med ca. 3000 gange sammenlignet med det kommercielle spektrofotometer med 1 cm kuvette på grund af den nye forbedring af den ikke-lineære optiske vej og hurtig prøveskift, og glukosedetektionskoncentrationen kan også opnås på kun 5,12 nM ved hjælp af almindelige kromogene reagenser.
Som vist i figur 1 består det MWC-baserede fotometer af en 7 cm lang MWC med en elektropoleret indvendig overflade af EP-kvalitet, en 505 nm LED med en linse, en fotodetektor med justerbar forstærkning og to til optisk kobling og væsketilførsel. Udgang. En trevejsventil forbundet til Pike-indløbsrøret bruges til at omskifte den indkommende prøve. Peek-røret sidder tæt mod kvartspladen og MWC'en, så dødvolumenet i T-forbindelsen holdes på et minimum, hvilket effektivt forhindrer luftbobler i at blive fanget. Derudover kan den kollimerede stråle nemt og effektivt indføres i MWC'en gennem T-stykkets kvartsplade.
Strålen og den flydende prøve indføres i MCC'en gennem et T-stykke, og strålen, der passerer gennem MCC'en, modtages af en fotodetektor. Indkommende opløsninger af farvede eller blinde prøver blev skiftevis indført i ICC'en gennem en trevejsventil. Ifølge Beers lov kan den optiske densitet af en farvet prøve beregnes ud fra ligningen. 1.10
hvor Vcolor og Vblank er fotodetektorens udgangssignaler, når henholdsvis farve- og blankprøver introduceres i MCC'en, og Vdark er fotodetektorens baggrundssignal, når LED'en er slukket. Ændringen i udgangssignalet ΔV = Vcolor–Vblank kan måles ved at skifte prøver. I henhold til ligningen. Som vist i figur 1, hvis ΔV er meget mindre end Vblank–Vdark, kan små ændringer i Vblank (f.eks. drift) have ringe effekt på AMWC-værdien, når der anvendes et samplingskiftskema.
For at sammenligne ydeevnen af ​​det MWC-baserede fotometer med det kuvettebaserede spektrofotometer blev en rød blækopløsning anvendt som farveprøve på grund af dens fremragende farvestabilitet og gode koncentrations-absorbanslinearitet, DI H2O som blindprøve. Som vist i tabel 1 blev en række røde blækopløsninger fremstillet ved seriefortyndingsmetoden med DI H2O som opløsningsmiddel. Den relative koncentration af prøve 1 (S1), ufortyndet original rød maling, blev bestemt til 1,0. Figur 2 viser optiske fotografier af 11 røde blækprøver (S4 til S14) med relative koncentrationer (angivet i tabel 1) fra 8,0 × 10–3 (venstre) til 8,2 × 10–10 (højre).
Måleresultaterne for prøve 6 er vist i figur 3(a). Skiftpunkterne mellem farvede og blindprøver er markeret i figuren med dobbelte pile "↔". Det kan ses, at udgangsspændingen stiger hurtigt, når der skiftes fra farveprøver til blindprøver og omvendt. Vcolor, Vblank og den tilsvarende ΔV kan opnås som vist i figuren.
(a) Måleresultater for prøve 6, (b) prøve 9, (c) prøve 13 og (d) prøve 14 ved hjælp af et MWC-baseret fotometer.
Måleresultaterne for prøverne 9, 13 og 14 er vist i henholdsvis figur 3(b)-(d). Som vist i figur 3(d) er den målte ΔV kun 5 nV, hvilket er næsten 3 gange støjværdien (2 nV). En lille ΔV er vanskelig at skelne fra støj. Således nåede detektionsgrænsen en relativ koncentration på 8,2 × 10⁻⁶ (prøve 14). Ved hjælp af ligningerne: 1. AMWC-absorbansen kan beregnes ud fra målte Vcolor-, Vblank- og Vdark-værdier. For en fotodetektor med en forstærkning på 10⁴ er Vdark -0,68 μV. Måleresultaterne for alle prøver er opsummeret i tabel 1 og kan findes i det supplerende materiale. Som vist i tabel 1 er absorbansen fundet ved høje koncentrationer mættet, så absorbans over 3,7 kan ikke måles med MWC-baserede spektrometre.
Til sammenligning blev en rød blækprøve også målt med et spektrofotometer, og den målte Acuvette-absorbans er vist i figur 4. Acuvette-værdierne ved 505 nm (som vist i tabel 1) blev opnået ved at referere til kurverne for prøverne 10, 11 eller 12 (som vist i indsætningen (se figur 4) som basislinje. Som vist nåede detektionsgrænsen en relativ koncentration på 2,56 x 10⁻⁶ (prøve 9), fordi absorptionskurverne for prøverne 10, 11 og 12 ikke kunne skelnes fra hinanden. Ved brug af det MWC-baserede fotometer blev detektionsgrænsen således forbedret med en faktor 3125 sammenlignet med det kuvettebaserede spektrofotometer.
Afhængigheden af ​​absorption-koncentration er vist i figur 5. For kuvettemålinger er absorbansen proportional med blækkoncentrationen ved en vejlængde på 1 cm. Hvorimod der for MWC-baserede målinger blev observeret en ikke-lineær stigning i absorbansen ved lave koncentrationer. Ifølge Beers lov er absorbansen proportional med den optiske vejlængde, så absorptionsforstærkningen AEF (defineret som AEF = AMWC/Acuvette ved samme blækkoncentration) er forholdet mellem MWC og kuvettens optiske vejlængde. Som vist i figur 5 er den konstante AEF ved høje koncentrationer omkring 7,0, hvilket er rimeligt, da længden af ​​MWC er præcis 7 gange længden af ​​en 1 cm kuvette. Ved lave koncentrationer (relateret koncentration <1,28 × 10⁻⁶) stiger AEF imidlertid med faldende koncentration og vil nå en værdi på 803 ved en relateret koncentration på 8,2 × 10⁻⁶ ved at ekstrapolere kurven for kuvettebaseret måling. Ved lave koncentrationer (relateret koncentration <1,28 × 10⁻⁶) stiger AEF imidlertid med faldende koncentration og vil nå en værdi på 803 ved en relateret koncentration på 8,2 × 10⁻⁶ ved at ekstrapolere kurven for kuvettebaseret måling. Однако при низких концентрациях (относительная концентрация <1,28 × 10–5) AEF увеличивается с умениценик может достигать значения 803 при относительной концентрации 8,2 × 10–10 при экстраполяции крительной концентрации 8,2 × 10–10 при экстраполяции крительной концентрации Ved lave koncentrationer (relativ koncentration <1,28 × 10–5) stiger AEF imidlertid med faldende koncentration og kan nå en værdi på 803 ved en relativ koncentration på 8,2 × 10–10, når den ekstrapoleres fra en kuvettebaseret målekurve.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，在相兦在相兦浌在相兦时将达到803 的值.然而 ， 在 低 浓度 （相关 浓度 <1,28 × 10-5） ， ， ， ， ， ， ， ， ， AEF 随着 的 降低 而 并 并 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 达值到。。3 Однако при низких концентрациях (релевантные концентрации < 1,28 × 10-5) АЭП увеличивается сумент и при экстраполяции кривой измерения на основе кюветы она достигает значения относительной концентельной конценцентрации 8308-100 × 808,20. Ved lave koncentrationer (relevante koncentrationer < 1,28 × 10⁻⁶) stiger AED imidlertid med faldende koncentration, og når den ekstrapoleres fra en kuvettebaseret målekurve, når den en relativ koncentrationsværdi på 8,2 × 10⁻⁶, når den en relativ koncentrationsværdi på 8,2 × 10⁻⁶, når den en specifik koncentration på 8,2 × 10⁻⁶, hvilket giver en relativ koncentration på 80⁻⁶.Dette resulterer i en tilsvarende optisk vej på 803 cm (AEF × 1 cm), hvilket er meget længere end MWC'ens fysiske længde, og endda længere end den længste kommercielt tilgængelige LWC (500 cm fra World Precision Instruments, Inc.). Doko Engineering LLC har en længde på 200 cm. Denne ikke-lineære stigning i absorption i LWC er ikke tidligere blevet rapporteret.
Figur 6(a)-(c) viser henholdsvis et optisk billede, et mikroskopbillede og et optisk profilbillede af den indre overflade af MWC-sektionen. Som vist i figur 6(a) er den indre overflade glat og skinnende, kan reflektere synligt lys og er stærkt reflekterende. Som vist i figur 6(b) opstår der små mesaer og uregelmæssigheder på den glatte overflade på grund af metallets deformerbarhed og krystallinske natur. I betragtning af et lille område (<5 μm × 5 μm) er ruheden på de fleste overflader mindre end 1,2 nm (fig. 6(c)). I betragtning af et lille område (<5 μm × 5 μm) er ruheden på de fleste overflader mindre end 1,2 nm (fig. 6(c)). Ввиду малой площади (<5 мкм×5 мкм) шероховатость большей части поверхности составляет менее 1,2 нм (ри)с. På grund af det lille areal (<5 µm × 5 µm) er ruheden på det meste af overfladen mindre end 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 поверхностей составляет (ритыватость большинства поверхностей составляет 6,2 mdr.) (ритывая). I betragtning af det lille område (<5 µm × 5 µm) er ruheden på de fleste overflader mindre end 1,2 nm (fig. 6(c)).
(a) Optisk billede, (b) mikroskopbillede og (c) optisk billede af den indre overflade af MWC-snittet.
Som vist i fig. 7(a) bestemmes den optiske banelængde LOP i kapillærrøret af indfaldsvinklen θ (LOP = LC/sinθ, hvor LC er kapillærrørets fysiske længde). For Teflon AF-kapillærer fyldt med DI H2O skal indfaldsvinklen være større end den kritiske vinkel på 77,8°, så LOP er mindre end 1,02 × LC uden yderligere forbedring3,6. Hvorimod er indeslutningen af ​​lys inde i kapillærrøret med MWC uafhængig af brydningsindeks eller indfaldsvinkel, så når indfaldsvinklen falder, kan lysbanen være meget længere end kapillærrørets længde (LOP » LC). Som vist i fig. 7(b) kan den korrugerede metaloverflade inducere lysspredning, hvilket i høj grad kan øge den optiske bane.
Derfor er der to lysveje for MWC: direkte lys uden refleksion (LOP = LC) og savtaklys med flere refleksioner mellem sidevæggene (LOP » LC). Ifølge Beers lov kan intensiteten af ​​det transmitterede direkte og zigzag-lys udtrykkes som henholdsvis PS×exp(-α×LC) og PZ×exp(-α×LOP), hvor konstanten α er absorptionskoefficienten, som helt afhænger af blækkoncentrationen.
For blæk med høj koncentration (f.eks. relateret koncentration >1,28 × 10-5) er zigzag-lyset stærkt dæmpet, og dets intensitet er meget lavere end for direkte lys på grund af den store absorptionskoefficient og dets meget længere optiske vej. For blæk med høj koncentration (f.eks. relateret koncentration >1,28 × 10-5) er zigzag-lyset stærkt dæmpet, og dets intensitet er meget lavere end for direkte lys på grund af den store absorptionskoefficient og dets meget længere optiske vej. Для чернил с высокой концентрацией (например, относительная концентрация >1,28 × 10-5) зигзагообразный загообразный а его интенсивность намного ниже, чем у прямого света, из-за большого коэфициента поглощента поглощениз и за большого коэфициента поглощента и прямого света оптического излучения. For blæk med høj koncentration (f.eks. relativ koncentration >1,28 × 10-5) er zigzag-lyset kraftigt dæmpet, og dets intensitet er meget lavere end for direkte lys på grund af den store absorptionskoefficient og den meget længere optiske emission.spore.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 徺妌 大 ）直光 ， 这 是 吸收 系数 大 光学 时间 更。。。 长 长 长 长 长 长 鿕 长 长 长 鿕 长Для чернил с высокой концентрацией (næste, релевантные концентрации >1,28×10-5) зигзагообразтный сви ослабляется, и его интенсивность намного ниже, чем у прямого света из-за большого коэфициента поэфициента длительного оптического времени. For blæk med høj koncentration (f.eks. relevante koncentrationer >1,28 × 10-5) dæmpes zigzag-lyset betydeligt, og dets intensitet er meget lavere end for direkte lys på grund af den store absorptionskoefficient og længere optiske tid.lille vej.Således dominerede direkte lys absorbansbestemmelsen (LOP=LC), og AEF blev holdt konstant på ~7,0. Når absorptionskoefficienten derimod mindskes med faldende blækkoncentration (f.eks. relateret koncentration <1,28 × 10-5), øges intensiteten af ​​zigzag-lys hurtigere end intensiteten af ​​lige lys, og derefter begynder zigzag-lys at spille en vigtigere rolle. Når absorptionskoefficienten derimod mindskes med faldende blækkoncentration (f.eks. relateret koncentration <1,28 × 10-5), øges intensiteten af ​​zigzag-lys hurtigere end intensiteten af ​​lige lys, og derefter begynder zigzag-lys at spille en vigtigere rolle. Напротив, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чернил <1,28 × 10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличивается быстрее, чем у прямого света, ина затем зигзагообразный свет. Når absorptionskoefficienten derimod falder med faldende blækkoncentration (for eksempel den relative koncentration <1,28 × 10-5), øges zigzag-lysets intensitet hurtigere end det direkte lyss, og så begynder zigzag-lyset at spille.vigtigere rolle.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<1,28×10-10 ），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燍タ相反 ， 当 吸收 系数 随着 墨水 的 降低 而 降低 时 例如 例如 ， 相兺 浓哺 浓兺 浓兺 浓兦 浓兦 浓兦 浓. 10-5） ， 字形光 的 强度 比 增加 得 更 ， 然后 z 字形光 发挥 作用 万 踦 荁更 更 更 更 更 更 更 更 HI的角色. И наоборот, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чернил концентрация < 1,28×10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличивается быстрее, чем прямого, чем прямого, игогозого свет начинает играть более важную роль. Omvendt, når absorptionskoefficienten falder med faldende blækkoncentration (for eksempel den tilsvarende koncentration < 1,28 × 10-5), øges intensiteten af ​​zigzag-lyset hurtigere end det direkte lys, og så begynder zigzag-lyset at spille en vigtigere rolle.rollekarakter.Derfor kan AEF øges meget mere end 7,0 på grund af den savtakkede optiske bane (LOP » LC). Præcise lystransmissionskarakteristika for MWC kan opnås ved hjælp af bølgeledertilstandsteori.
Ud over at forbedre den optiske bane bidrager hurtig prøveskift også til ultralave detektionsgrænser. På grund af det lille volumen af ​​MCC (0,16 ml) kan den tid, der er nødvendig for at skifte og ændre opløsninger i MCC, være mindre end 20 sekunder. Som vist i figur 5 er den mindste detekterbare værdi for AMWC (2,5 × 10–4) 4 gange lavere end for Acuvette (1,0 × 10–3). Den hurtige skiftning af den strømmende opløsning i kapillærrøret reducerer effekten af ​​systemstøj (f.eks. drift) på nøjagtigheden af ​​absorbansforskellen sammenlignet med retentionsopløsningen i kuvetten. For eksempel, som vist i fig. 3(b)-(d), kan ΔV let skelnes fra et driftsignal på grund af hurtig prøveskift i kapillærrøret med lille volumen.
Som vist i tabel 2 blev en række glukoseopløsninger i forskellige koncentrationer fremstillet ved brug af DI H2O som opløsningsmiddel. Farvede prøver eller blindprøver blev fremstillet ved at blande glukoseopløsning eller deioniseret vand med kromogene opløsninger af glukoseoxidase (GOD) og peroxidase (POD) 37 i et fast volumenforhold på henholdsvis 3:1. Fig. 8 viser optiske fotografier af ni farvede prøver (S2-S10) med glukosekoncentrationer fra 2,0 mM (venstre) til 5,12 nM (højre). Rødmen aftager med faldende glukosekoncentration.
Resultaterne af målingerne af prøverne 4, 9 og 10 med et MWC-baseret fotometer er vist i henholdsvis figur 9(a)-(c). Som vist i figur 9(c) bliver den målte ΔV mindre stabil og stiger langsomt under målingen, efterhånden som farven på selve GOD-POD-reagenset (selv uden tilsætning af glukose) langsomt ændrer sig i lyset. Således kan successive ΔV-målinger ikke gentages for prøver med en glukosekoncentration på mindre end 5,12 nM (prøve 10), fordi når ΔV er lille nok, kan ustabiliteten af ​​GOD-POD-reagenset ikke længere negligeres. Derfor er detektionsgrænsen for glukoseopløsning 5,12 nM, selvom den tilsvarende ΔV-værdi (0,52 µV) er meget større end støjværdien (0,03 µV), hvilket indikerer, at en lille ΔV stadig kan detekteres. Denne detektionsgrænse kan forbedres yderligere ved at bruge mere stabile kromogene reagenser.
(a) Måleresultater for prøve 4, (b) prøve 9 og (c) prøve 10 ved hjælp af et MWC-baseret fotometer.
AMWC-absorbansen kan beregnes ved hjælp af de målte Vcolor-, Vblank- og Vdark-værdier. For en fotodetektor med en forstærkning på 105 er Vdark -0,068 μV. Målinger for alle prøver kan indstilles i det supplerende materiale. Til sammenligning blev glukoseprøver også målt med et spektrofotometer, og den målte absorbans af Acuvette nåede en detektionsgrænse på 0,64 µM (prøve 7) som vist i figur 10.
Forholdet mellem absorbans og koncentration er vist i figur 11. Med det MWC-baserede fotometer blev der opnået en 125-fold forbedring af detektionsgrænsen sammenlignet med det kuvettebaserede spektrofotometer. Denne forbedring er lavere end med rødt blæk-assay på grund af GOD-POD-reagenset' dårlige stabilitet. Der blev også observeret en ikke-lineær stigning i absorbans ved lave koncentrationer.
Det MWC-baserede fotometer er udviklet til ultrafølsom detektion af flydende prøver. Den optiske lysvej kan øges betydeligt og er meget længere end MWC'ens fysiske længde, fordi lys spredt af de korrugerede, glatte metalsidevægge kan indeholdes i kapillærrøret uanset indfaldsvinklen. Koncentrationer så lave som 5,12 nM kan opnås ved hjælp af konventionelle GOD-POD-reagenser takket være ny ikke-lineær optisk forstærkning og hurtig prøveskift og glukosedetektion. Dette kompakte og billige fotometer vil blive meget anvendt inden for biovidenskab og miljøovervågning til sporanalyse.
Som vist i figur 1 består det MWC-baserede fotometer af en 7 cm lang MWC (indre diameter 1,7 mm, ydre diameter 3,18 mm, elektropoleret indvendig overflade af EP-klasse, kapillarrør af rustfrit stål SUS316L), en LED med en bølgelængde på 505 nm (Thorlabs M505F1) og linser (strålespredning ca. 6,6 grader), en fotodetektor med variabel forstærkning (Thorlabs PDB450C) og to T-forbindelser til optisk kommunikation og væske ind/ud. T-forbindelsen er lavet ved at binde en transparent kvartsplade til et PMMA-rør, hvori MWC- og Peek-rør (0,72 mm ID, 1,6 mm OD, Vici Valco Corp.) er tæt indsat og limet. En trevejsventil forbundet til Pike-indløbsrøret bruges til at omskifte den indkommende prøve. Fotodetektoren kan konvertere den modtagne optiske effekt P til et forstærket spændingssignal N×V (hvor V/P = 1,0 V/W ved 1550 nm, forstærkningen N kan justeres manuelt i området 103-107). For kortheds skyld anvendes V i stedet for N×V som udgangssignal.
Til sammenligning blev et kommercielt spektrofotometer (Agilent Technologies Cary 300-serien med R928 High Efficiency Photomultiplier) med en 1,0 cm kuvettecelle også brugt til at måle absorbansen af ​​flydende prøver.
Den indre overflade af MWC-snittet blev undersøgt ved hjælp af en optisk overfladeprofiler (ZYGO New View 5022) med en vertikal og lateral opløsning på henholdsvis 0,1 nm og 0,11 µm.
Alle kemikalier (analytisk kvalitet, ingen yderligere rensning) blev købt fra Sichuan Chuangke Biotechnology Co., Ltd. Glukosetestkit indeholder glukoseoxidase (GOD), peroxidase (POD), 4-aminoantipyrin og phenol osv. Den kromogene opløsning blev fremstillet ved den sædvanlige GOD-POD 37-metode.
Som vist i tabel 2 blev en række glukoseopløsninger i forskellige koncentrationer fremstillet ved hjælp af DI H2O som fortyndingsmiddel ved hjælp af en seriel fortyndingsmetode (se supplerende materialer for detaljer). Farvede prøver eller blindprøver fremstilles ved at blande glukoseopløsning eller deioniseret vand med kromogen opløsning i et fast volumenforhold på henholdsvis 3:1. Alle prøver blev opbevaret ved 37 °C beskyttet mod lys i 10 minutter før måling. I GOD-POD-metoden bliver de farvede prøver røde med et absorptionsmaksimum ved 505 nm, og absorptionen er næsten proportional med glukosekoncentrationen.
Som vist i tabel 1 blev en række røde blækopløsninger (Ostrich Ink Co., Ltd., Tianjin, Kina) fremstillet ved seriefortyndingsmetoden med DI H2O som opløsningsmiddel.
Sådan citerer du denne artikel: Bai, M. et al. Kompakt fotometer baseret på metalbølgelederkapillærer: til bestemmelse af nanomolære koncentrationer af glukose. the science. 5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
Dress, P. & Franke, H. Forøgelse af nøjagtigheden af ​​væskeanalyse og pH-værdikontrol ved hjælp af en væskekernebølgeleder. Dress, P. & Franke, H. Forøgelse af nøjagtigheden af ​​væskeanalyse og pH-værdikontrol ved hjælp af en væskekernebølgeleder.Dress, P. og Franke, H. Forbedring af nøjagtigheden af ​​væskeanalyse og pH-kontrol med en flydende kernebølgeleder. 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. & Franke, H. 使用液芯波导提高液体分析和pHDress, P. og Franke, H. Forbedring af nøjagtigheden af ​​væskeanalyse og pH-kontrol ved hjælp af flydende kernebølgeledere.Skift til videnskab. meter. 68, 2167–2171 (1997).
Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ & Hansell, DA Kontinuerlig kolorimetrisk bestemmelse af spor af ammonium i havvand med en langvejs flydende bølgelederkapillarcelle. Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ & Hansell, DA Kontinuerlig kolorimetrisk bestemmelse af spor af ammonium i havvand med en langvejs flydende bølgelederkapillarcelle.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ og Hansel, DA Kontinuerlig kolorimetrisk bestemmelse af spormængder af ammonium i havvand ved hjælp af en kapillærcelle med en flydende bølgeleder. 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 & Hansell, DA.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ og Hansel, DA Kontinuerlig kolorimetrisk bestemmelse af spormængder af ammonium i havvand ved hjælp af langtrækkende flydende bølgelederkapillærer.Kemi i marts. 96, 73–85 (2005).
Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS. Gennemgang af nylige anvendelser af den flydende bølgelederkapillarcelle i flowbaserede analyseteknikker for at forbedre følsomheden af ​​spektroskopiske detektionsmetoder. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS. Gennemgang af nylige anvendelser af den flydende bølgelederkapillarcelle i flowbaserede analyseteknikker for at forbedre følsomheden af ​​spektroskopiske detektionsmetoder.Pascoa, RNMJ, Toth, IV og Rangel, AOSS. En gennemgang af nylige anvendelser af den flydende bølgelederkapillarcelle i flowanalyseteknikker for at forbedre følsomheden af ​​spektroskopiske detektionsmetoder. 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检测 方法 的。。。 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵序度 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 灵敏度序灵敏度 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 og Rangel, AOSS. En gennemgang af nylige anvendelser af flydende bølgelederkapillarceller i flowbaserede analytiske metoder til at forbedre følsomheden af ​​spektroskopiske detektionsmetoder.anus. Kemi. Lov 739, 1-13 (2012).
Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Undersøgelse af tykkelsen af ​​Ag- og AgI-film i kapillærrøret for hule bølgeledere. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Undersøgelse af tykkelsen af ​​Ag- og AgI-film i kapillærrøret for hule bølgeledere.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. og Shen J. Undersøgelse af tykkelsen af ​​film Ag, AgI i kapillærrør for hule bølgeledere. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & 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. & Shen, J. Forskning i tykkelsen af ​​tyndfilm af Ag og AgI i luftkanaler.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. og Shen J. Undersøgelse af tyndfilmstykkelsen Ag, AgI i hule bølgelederkapillærer.Infrarød fysik. teknologi 42, 501–508 (2001).
Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Bestemmelse af nanomolære koncentrationer af fosfat i naturligt vand ved hjælp af flowinjektion med en langvejs flydende bølgelederkapillarcelle og faststofspektrofotometrisk detektion. Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Bestemmelse af nanomolære koncentrationer af fosfat i naturligt vand ved hjælp af flowinjektion med en langvejs flydende bølgelederkapillarcelle og faststofspektrofotometrisk detektion.Gimbert, LJ, Haygarth, PM og Worsfold, PJ Bestemmelse af nanomolære fosfatkoncentrationer i naturligt vand ved hjælp af flowinjektion med en flydende bølgelederkapillarcelle og faststofspektrofotometrisk detektion. Gimbert, LJ, Haygarth, PM & 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 & Worsfold, PJ Bestemmelse af fosfatkoncentration i naturligt vand ved hjælp af en væskesprøjte og et langtrækkende væskebølgelederkapillarrør.Gimbert, LJ, Haygarth, PM og Worsfold, PJ Bestemmelse af nanomolært fosfat i naturligt vand ved hjælp af injektionsstrømning og kapillærbølgeleder med lang optisk vej og faststofspektrofotometrisk detektion.Taranta 71, 1624-1628 (2007).
Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Linearitet og effektiv optisk vejlængde for flydende bølgelederkapillærceller. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Linearitet og effektiv optisk vejlængde for flydende bølgelederkapillærceller.Belz M., Dress P., Suhitsky A. og Liu S. Linearitet og effektiv optisk vejlængde i flydende bølgeledere i kapillærceller. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & 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. & Liu, S. Lineariteten og den effektive længde af flydende vand.Belz M., Dress P., Suhitsky A. og Liu S. Lineær og effektiv optisk vejlængde i kapillærcellevæskebølge.SPIE 3856, 271–281 (1999).
Dallas, T. & Dasgupta, PK Lys for enden af ​​tunnelen: nyere analytiske anvendelser af flydende-kerne bølgeledere. Dallas, T. & Dasgupta, PK Lys for enden af ​​tunnelen: nyere analytiske anvendelser af flydende-kerne bølgeledere.Dallas, T. og Dasgupta, PK Lys for enden af ​​tunnelen: nyere analytiske anvendelser af flydende-kerne bølgeledere. Dallas, T. & Dasgupta, PK Lys for enden af ​​tunnelen：液芯波导的最新分析应用。 Dallas, T. & Dasgupta, PK Lys for enden af ​​tunnelen：液芯波导的最新分析应用。Dallas, T. og Dasgupta, PK Lys for enden af ​​tunnelen: den nyeste analytiske anvendelse af flydende-kerne bølgeledere.TrAC, trendanalyse. Chemical. 23, 385–392 (2004).
Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID En alsidig fotometrisk detektionscelle med total intern refleksion til flowanalyse. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID En alsidig fotometrisk detektionscelle med total intern refleksion til flowanalyse.Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR og McKelvey, ID Universel fotometrisk total intern reflektionscelle til flowanalyse. 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 & McKelvie, IDEllis, PS, Gentle, BS, Grace, MR og McKelvey, ID Universal TIR fotometrisk celle til flowanalyse.Taranta 79, 830–835 (2009).
Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID Multireflektionsfotometrisk flowcelle til brug i flowinjektionsanalyse af flodmundinger. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID Multireflektionsfotometrisk flowcelle til brug i flowinjektionsanalyse af flodmundinger.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ og McKelvey, ID. En multireflektansfotometrisk flowcelle til brug i flowanalyse af flodmundinger. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID 多反射光度流动池，用于河口水域的流动注入。析 Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ og McKelvey, ID. En multireflektansfotometrisk flowcelle til flowinjektionsanalyse i flodmundinger.anus Chim. Acta 499, 81-89 (2003).
Pan, J. -Z., Yao, B. & Fang, Q. Håndholdt fotometer baseret på absorptionsdetektion af flydende kernebølgeleder til prøver på nanoliterskala. Pan, J.-Z., Yao, B. & Fang, Q. Håndholdt fotometer baseret på absorptionsdetektion af flydende kernebølgeleder til prøver på nanoliterskala.Pan, J.-Z., Yao, B. og Fang, K. Et håndholdt fotometer baseret på detektion af væskekernebølgelængdeabsorption til prøver på nanoliterskala. Pan, J. -Z., Yao, B. & 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. & Fang, Q. Baseret på 液芯波波水水水油法的纳法手手手持光度计。Pan, J.-Z., Yao, B. og Fang, K. Et håndholdt fotometer med en nanoskalaprøve baseret på detektion af absorption i en flydende kernebølge.anus Chemical. 82, 3394–3398 (2010).
Zhang, J.-Z. Øg følsomheden af ​​injektionsflowanalyse ved at bruge en kapillærflowcelle med en lang optisk vej til spektrofotometrisk detektion. anus. the science. 22, 57–60 (2006).
D'Sa, EJ & Steward, RG Anvendelse af flydende kapillærbølgeledere i absorbansspektroskopi (Svar på kommentaren fra Byrne og Kaltenbacher). D'Sa, EJ & Steward, RG Anvendelse af flydende kapillærbølgeledere i absorbansspektroskopi (Svar på kommentaren fra Byrne og Kaltenbacher).D'Sa, EJ og Steward, RG Anvendelser af flydende kapillærbølgeledere i absorptionsspektroskopi (Svar på kommentarer fra Byrne og 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 Anvendelse af flydende 毛绿波波对在absorptionsspektrum（回复Byrne和Kaltenbacher的评论）.D'Sa, EJ og Steward, RG Flydende kapillærbølgeledere til absorptionsspektroskopi (som svar på kommentarer fra Byrne og Kaltenbacher).limonol. Oceanograf. 46, 742–745 (2001).
Khijwania, SK & Gupta, BD Fiberoptisk evanescerende feltabsorptionssensor: Effekt af fiberparametre og probens geometri. Khijwania, SK & Gupta, BD Fiberoptisk evanescerende feltabsorptionssensor: Effekt af fiberparametre og probens geometri.Hijvania, SK og Gupta, BD Fiberoptisk evanescent feltabsorptionssensor: Indflydelse af fiberparametre og probegeometri. Khijwania, SK & 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 og Gupta, BDHijvania, SK og Gupta, BD Evanescente feltabsorptionsfiberoptiske sensorer: indflydelse af fiberparametre og probegeometri.Optik og kvanteelektronik 31, 625–636 (1999).
Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Vinkeludgang fra hule, metalforede bølgeleder-Raman-sensorer. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Vinkeludgang fra hule, metalforede bølgeleder-Raman-sensorer.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. og Woodruff, SD Vinkeludgang fra hule bølgeleder-Raman-sensorer med metalforing. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & 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. & Woodruff, SD.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. og Woodruff, SD Vinkeludgang fra en Raman-sensor med en bølgeleder af bar metal.ansøgning om at vælge 51, 2023-2025 (2012).
Harrington, JA En oversigt over hule bølgeledere til IR-transmission. Fiberintegration. At vælge. 19, 211–227 (2000).