Kiitos vierailustasi Nature.comissa.Käyttämässäsi selainversiossa on rajoitettu CSS-tuki.Parhaan kokemuksen saamiseksi suosittelemme käyttämään päivitettyä selainta (tai poistamaan Yhteensopivuustila käytöstä Internet Explorerissa).Sillä välin varmistaaksemme jatkuvan tuen hahmonnamme sivuston ilman tyylejä ja JavaScriptiä.
Nestenäytteiden jälkianalyysillä on laaja valikoima sovelluksia biotieteissä ja ympäristön seurannassa.Tässä työssä olemme kehittäneet kompaktin ja edullisen fotometrin, joka perustuu metalliaaltoputkikapillaareihin (MCC) ultraherkkään absorption määritykseen.Optista polkua voidaan suurentaa suuresti ja paljon pidempään kuin MWC:n fyysinen pituus, koska aallotetun sileän metallisivuseinän siroama valo voidaan pitää kapillaarin sisällä tulokulmasta riippumatta.Jo 5,12 nM:n pitoisuudet voidaan saavuttaa käyttämällä yleisiä kromogeenisiä reagensseja uuden epälineaarisen optisen vahvistuksen sekä nopean näytteenvaihdon ja glukoosin havaitsemisen ansiosta.
Fotometriaa käytetään laajalti nestenäytteiden jälkianalyysiin, koska käytettävissä on runsaasti kromogeenisiä reagensseja ja puolijohdeoptoelektronisia laitteita1,2,3,4,5.Verrattuna perinteiseen kyvettipohjaiseen absorbanssin määritykseen nestemäiset aaltoputket (LWC) heijastavat (TIR) ​​pitämällä anturin valon kapillaarin sisällä1,2,3,4,5.Ilman lisäparannuksia optinen polku on kuitenkin vain lähellä LWC3.6:n fyysistä pituutta, ja LWC:n pituuden lisääminen yli 1,0 m kärsii voimakkaasta valon vaimenemisesta ja suuresta kuplien riskistä jne.3, 7. Mitä tulee optisen polun parannuksiin ehdotettuun moniheijastuskennoon, tunnistusraja paranee vain kertoimella 2.5-8.
Tällä hetkellä LWC:itä on kahta päätyyppiä, nimittäin Teflon AF -kapillaarit (joiden taitekerroin on vain ~1,3, mikä on pienempi kuin veden) ja piidioksidikapillaarit, jotka on päällystetty teflon AF:llä tai metallikalvoilla1,3,4.TIR:n saavuttamiseksi dielektristen materiaalien rajapinnassa tarvitaan materiaaleja, joilla on alhainen taitekerroin ja korkea valon tulokulma3,6,10.Teflon AF -kapillaareihin nähden Teflon AF on hengittävä huokoisen rakenteensa ansiosta3,11 ja voi imeä pieniä määriä aineita vesinäytteistä.Ulkopuolelta Teflon AF:llä tai metallilla päällystettyjen kvartsikapillaarien kvartsin taitekerroin (1,45) on suurempi kuin useimpien nestemäisten näytteiden (esim. 1,33 vedellä)3,6,12,13.Sisällä metallikalvolla päällystetyille kapillaareille on tutkittu kuljetusominaisuuksia14,15,16,17,18, mutta pinnoitusprosessi on monimutkainen, metallikalvon pinta on karkea ja huokoinen4,19.
Lisäksi kaupallisilla LWC:illä (AF Teflon Coated Capillaries ja AF Teflon Coated Silica Capillaries, World Precision Instruments, Inc.) on joitain muita haittoja, kuten: viat..TIR3,10, (2) T-liittimen (kapillaarien, kuitujen ja tulo-/poistoputkien yhdistämiseen) suuri kuollut tilavuus voi vangita ilmakuplia10.
Samaan aikaan glukoosipitoisuuksien määrittäminen on erittäin tärkeää diabeteksen, maksakirroosin ja mielisairauden diagnosoinnissa20.ja monet ilmaisumenetelmät, kuten fotometria (mukaan lukien spektrofotometria 21, 22, 23, 24, 25 ja kolorimetria paperille 26, 27, 28), galvanometria 29, 30, 31, fluorometria 32, 33, 34, 35, optinen polaranssi plasmi6.pinta.37, Fabry-Perot-ontelo 38, sähkökemia 39 ja kapillaarielektroforeesi 40,41 ja niin edelleen.Useimmat näistä menetelmistä vaativat kuitenkin kalliita laitteita, ja glukoosin havaitseminen useilla nanomolaarisilla pitoisuuksilla on edelleen haaste (esimerkiksi fotometrisissä mittauksissa21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, pienin glukoosipitoisuus).rajoitus oli vain 30 nM, kun Preussin sinisiä nanopartikkeleita käytettiin peroksidaasin jäljittelijöinä).Nanomolaarisia glukoosianalyysejä tarvitaan usein molekyylitason solututkimuksiin, kuten ihmisen eturauhassyövän kasvun estämiseen42 ja Prochlorococcusin hiilidioksidin sitoutumiskäyttäytymiseen meressä.
Tässä artikkelissa kehitettiin kompakti, edullinen fotometri, joka perustuu metalliaaltoputkikapillaariin (MWC), ruostumattomasta teräksestä valmistettuun SUS316L kapillaariin, jossa on sähkökiillotettu sisäpinta, ultraherkkää absorption määritystä varten.Koska valo voi jäädä metallikapillaarien sisään tulokulmasta riippumatta, optista polkua voidaan suurentaa suuresti valon sironnan avulla aallotetuille ja sileille metallipinnoille, ja se on paljon pidempi kuin MWC:n fyysinen pituus.Lisäksi optista liitäntää ja nesteen tuloa/poistoa varten suunniteltiin yksinkertainen T-liitin minimoidakseen kuolleen tilavuuden ja välttääkseen kuplien juuttumisen.7 cm:n MWC-fotometrin havaitsemisraja on noin 3000-kertainen verrattuna kaupalliseen 1 cm:n kyvetillä varustettuun spektrofotometriin epälineaarisen optisen polun ja nopean näytteenvaihdon uuden parannuksen ansiosta, ja myös glukoosin havaitsemispitoisuus voidaan saavuttaa.vain 5,12 nM käyttäen tavallisia kromogeenisiä reagensseja.
Kuten kuvasta 1 näkyy, MWC-pohjainen fotometri koostuu 7 cm pitkästä MWC:stä, jossa on EP-luokan sähkökiillotettu sisäpinta, 505 nm:n LED-valosta, jossa on linssi, säädettävän vahvistuksen valoilmaisimesta ja kahdesta optista kytkentää ja nestesyöttöä varten.Poistu.Pike-tuloputkeen liitettyä kolmitieventtiiliä käytetään tulevan näytteen kytkemiseen.Peek-putki sopii tiukasti kvartsilevyä ja MWC:tä vasten, joten T-liittimen kuollut tilavuus pidetään minimissä, mikä estää tehokkaasti ilmakuplien jäämisen.Lisäksi kollimoitu säde voidaan helposti ja tehokkaasti viedä MWC:hen T-kappaleisen kvartsilevyn kautta.
Säde ja nestenäyte viedään MCC:hen T-kappaleen kautta, ja MCC:n läpi kulkeva säde vastaanotetaan fotodetektorilla.Värjättyjen tai nollanäytteiden saapuvat liuokset syötettiin vuorotellen ICC:hen kolmitieventtiilin kautta.Beerin lain mukaan yhtälöstä voidaan laskea värillisen näytteen optinen tiheys.1.10
jossa Vcolor ja Vblank ovat valoilmaisimen lähtösignaaleja, kun väri- ja tyhjänäytteitä syötetään vastaavasti MCC:hen, ja Vdark on valoilmaisimen taustasignaali, kun LED sammutetaan.Lähtösignaalin muutos ΔV = Vcolor–Vblank voidaan mitata vaihtamalla näytteitä.Yhtälön mukaan.Kuten kuvasta 1 näkyy, jos ΔV on paljon pienempi kuin Vblank–Vdark, näytteenottokytkentäkaaviota käytettäessä pienet muutokset Vblankissa (esim. drift) voivat vaikuttaa vain vähän AMWC-arvoon.
MWC-pohjaisen fotometrin ja kyvettipohjaisen spektrofotometrin suorituskyvyn vertaamiseksi värinäytteenä käytettiin punaisen musteen liuosta sen erinomaisen väristabiilisuuden ja hyvän konsentraatio-absorbanssin lineaarisuuden vuoksi, DI H2O nollanäytteenä..Kuten taulukosta 1 käy ilmi, sarja punaisen musteen liuoksia valmistettiin sarjalaimennusmenetelmällä käyttäen DI H2O:ta liuottimena.Näytteen 1 (S1), laimentamattoman alkuperäisen punaisen maalin suhteelliseksi pitoisuudeksi määritettiin 1,0.KuvassaKuvassa 2 on optisia valokuvia 11 punaisesta mustenäytteestä (S4–S14), joiden suhteellinen pitoisuus (lueteltu taulukossa 1) vaihtelee välillä 8,0 × 10–3 (vasemmalla) ja 8,2 × 10–10 (oikealla).
Näytteen 6 mittaustulokset on esitetty kuvissa3(a).Vaihtopisteet värjättyjen ja nollanäytteiden välillä on merkitty kuvassa kaksoisnuolilla “↔”.Voidaan nähdä, että lähtöjännite kasvaa nopeasti vaihdettaessa värinäytteistä nollanäytteisiin ja päinvastoin.Vcolor, Vblank ja vastaava ΔV voidaan saada kuvan osoittamalla tavalla.
(a) Mittaustulokset näytteelle 6, (b) näytteelle 9, (c) näytteelle 13 ja (d) näytteelle 14 käyttämällä MWC-pohjaista fotometriä.
Näytteiden 9, 13 ja 14 mittaustulokset on esitetty kuvissa3(b)-(d).Kuten kuvasta 3(d) näkyy, mitattu ΔV on vain 5 nV, mikä on lähes 3 kertaa kohinaarvo (2 nV).Pientä ΔV on vaikea erottaa melusta.Siten havaitsemisraja saavutti suhteellisen pitoisuuden 8,2 × 10-10 (näyte 14).Yhtälöiden avulla.1. AMWC-absorbanssi voidaan laskea mitatuista Vcolor-, Vblank- ja Vdark-arvoista.Valodetektorille, jonka vahvistus on 104 V, tummuus on -0,68 μV.Kaikkien näytteiden mittaustulokset on koottu taulukkoon 1 ja ne löytyvät lisämateriaalista.Kuten taulukosta 1 näkyy, korkeilla pitoisuuksilla havaittu absorbanssi kyllästyy, joten yli 3,7:n absorbanssia ei voida mitata MWC-pohjaisilla spektrometreillä.
Vertailun vuoksi mitattiin myös punaisen musteen näyte spektrofotometrillä ja mitattu akuvetin absorbanssi on esitetty kuvassa 4. Akuvetin arvot aallonpituudella 505 nm (kuten taulukosta 1) saatiin viittaamalla näytteiden 10, 11 tai 12 käyriin (kuten kuvassa näkyy).kuvioon 4) perusviivana.Kuten on esitetty, havaitsemisraja saavutti suhteellisen pitoisuuden 2,56 x 10-6 (näyte 9), koska näytteiden 10, 11 ja 12 absorptiokäyrät eivät olleet erotettavissa toisistaan.Näin ollen MWC-pohjaista fotometriä käytettäessä havaitsemisraja parani kertoimella 3125 verrattuna kyvettipohjaiseen spektrofotometriin.
Riippuvuuden absorptio-pitoisuus on esitetty kuvassa 5.Kyvettimittauksissa absorbanssi on verrannollinen musteen pitoisuuteen 1 cm:n polun pituudella.Sen sijaan MWC-pohjaisissa mittauksissa havaittiin epälineaarinen absorbanssin lisääntyminen pienillä pitoisuuksilla.Beerin lain mukaan absorbanssi on verrannollinen optisen reitin pituuteen, joten absorptiovahvistus AEF (määritelty muodossa AEF = AMWC/Acuvette samalla mustepitoisuudella) on MWC:n suhde kyvetin optisen reitin pituuteen.Kuten kuvasta 5 näkyy, korkeilla pitoisuuksilla vakio AEF on noin 7,0, mikä on kohtuullista, koska MWC:n pituus on täsmälleen 7 kertaa 1 cm:n kyvetin pituus. Kuitenkin pienillä pitoisuuksilla (liittyvä pitoisuus <1,28 × 10-5) AEF kasvaa pitoisuuden pienentyessä ja saavuttaisi arvon 803 vastaavalla pitoisuudella 8,2 × 10-10 ekstrapoloimalla kyvettipohjaisen mittauksen käyrä. Kuitenkin pienillä pitoisuuksilla (liittyvä pitoisuus <1,28 × 10-5) AEF kasvaa pitoisuuden pienentyessä ja saavuttaisi arvon 803 vastaavalla pitoisuudella 8,2 × 10-10 ekstrapoloimalla kyvettipohjaisen mittauksen käyrä. Однако при низких концентрациях (относительная концентрация <1,28 × 10–5) AEF увеличивается с уменьетнцемижнетшеме стигать значения 803 при относительной концентрации 8,2 × 10–10 при экстраполяции кривой измерения на основеты. Kuitenkin pienillä pitoisuuksilla (suhteellinen pitoisuus <1,28 × 10–5) AEF kasvaa pitoisuuden pienentyessä ja voi saavuttaa arvon 803 suhteellisella pitoisuudella 8,2 × 10–10, kun se ekstrapoloidaan kyvettipohjaisesta mittauskäyrästä.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劎伔色皿的测量曲线，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 伔 夎 夎比色皿 测量 曲线 ， 在 浓度 为 8,2 × 10-10 时 达到 达到 达到 达到 达到。 803 Однако при низких концентрациях (релевантные концентрации < 1,28 × 10-5) экстраполяции кривой измерения на основе кюветы она достигает значения относительной концентрации 8,2 × 803–1. Kuitenkin alhaisilla pitoisuuksilla (merkityt pitoisuudet < 1,28 × 10-5) AED kasvaa pitoisuuden pienentyessä, ja kyvettipohjaisesta mittauskäyrästä ekstrapoloituna se saavuttaa suhteellisen pitoisuusarvon 8,2 × 10-10 803.Tämä johtaa vastaavaan 803 cm:n optiseen polkuun (AEF × 1 cm), joka on paljon pidempi kuin MWC:n fyysinen pituus ja jopa pidempi kuin pisin kaupallisesti saatavilla oleva LWC (500 cm World Precision Instruments, Inc:ltä).Doko Engineering LLC:n pituus on 200 cm).Tätä epälineaarista absorption lisääntymistä LWC:ssä ei ole raportoitu aiemmin.
KuvassaKuvat 6(a)-(c) esittävät vastaavasti optisen kuvan, mikroskoopin kuvan ja optisen profilointikuvan MWC-osan sisäpinnasta.Kuten kuvassa näkyy.6(a), sisäpinta on sileä ja kiiltävä, voi heijastaa näkyvää valoa ja on erittäin heijastava.Kuten kuvassa näkyy.6(b), metallin muodonmuutoskyvystä ja kiteisyydestä johtuen, sileälle pinnalle ilmestyy pieniä mesasioita ja epäsäännöllisyyksiä. Pienen alueen (<5 μm × 5 μm) huomioon ottaen useimpien pintojen karheus on alle 1,2 nm (kuva 6(c)). Pienen alueen (<5 μm × 5 μm) vuoksi useimpien pintojen karheus on alle 1,2 nm (kuva 6(c)). Ввиду малой площади (<5 мкм×5 мкм) шероховатость большей части поверхности составляет менее 1,2 нм (). Pienen pinta-alan (<5 µm × 5 µm) vuoksi suurimman osan pinnan karheus on alle 1,2 nm (kuva 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 менее (6ври). Kun otetaan huomioon pieni pinta-ala (<5 µm × 5 µm), useimpien pintojen karheus on alle 1,2 nm (kuva 6(c)).
(a) Optinen kuva, (b) mikroskooppikuva ja (c) optinen kuva MWC-leikkauksen sisäpinnasta.
Kuten kuvassa näkyy.Kuviossa 7(a) kapillaarin optisen polun LOP määrää tulokulma θ (LOP = LC/sinθ, missä LC on kapillaarin fyysinen pituus).DI H2O:lla täytettyjen Teflon AF -kapillaareiden tulokulman on oltava suurempi kuin kriittinen kulma 77,8°, joten LOP on alle 1,02 × LC ilman lisäparannuksia3.6.MWC:ssä valon sulkeminen kapillaarin sisällä on riippumaton taitekertoimesta tai tulokulmasta, joten tulokulman pienentyessä valopolku voi olla paljon pidempi kuin kapillaarin pituus (LOP » LC).Kuten kuvassa näkyy.Kuten kuviosta 7(b), aallotettu metallipinta voi aiheuttaa valon sirontaa, mikä voi suuresti lisätä optista polkua.
Siksi MWC:lle on kaksi valopolkua: suora valo ilman heijastusta (LOP = LC) ja sahavalo, jossa on useita heijastuksia sivuseinien välillä (LOP » LC).Beerin lain mukaan lähetetyn suoran ja siksak-valon intensiteetti voidaan ilmaista vastaavasti PS×exp(-α×LC) ja PZ×exp(-α×LOP), missä vakio α on absorptiokerroin, joka riippuu täysin musteen pitoisuudesta.
Korkean pitoisuuden musteella (esim. vastaava pitoisuus > 1,28 × 10-5) siksak-valo on erittäin vaimennettu ja sen intensiteetti on paljon pienempi kuin suoran valon suuren absorptiokertoimen ja sen paljon pidemmän optisen polun vuoksi. Korkean pitoisuuden musteella (esim. vastaava pitoisuus > 1,28 × 10-5) siksak-valo on erittäin vaimennettu ja sen intensiteetti on paljon pienempi kuin suoran valon suuren absorptiokertoimen ja sen paljon pidemmän optisen polun vuoksi. Для чернил с высокой концентрацией (например, относительная концентрация >1,28 × 10-5) зигзагообразный тугоентраций интенсивность намного ниже, чем у прямого света, из-за большого коэффициента поглощения и дбоконго очолораздо злучения. Korkean pitoisuuden musteella (esim. suhteellinen pitoisuus > 1,28 × 10-5) siksak-valo vaimenee voimakkaasti ja sen intensiteetti on paljon pienempi kuin suoran valon suuren absorptiokertoimen ja paljon pidemmän optisen emission ansiosta.seurata.对于高浓度墨水（例如，相关浓度>1,28×10-5），Z字形光衰减弯蛿囜低躿由于吸收系数大，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 亿 二 徎 大）光 ， 这 是 吸收 系数 大 光学 时间 更。。。 长 长 长 长 长 鿿 长 镕 长 长Для чернил с высокой концентрацией (например, релевантные концентрации >1,28×10-5) зигзаголобразныя светер, батильсная свет его интенсивность намного ниже, чем у прямого света из-за большого коэффициента поглощения и поглощения и блолщения и прямого света мени. Korkean pitoisuuden musteilla (esim. relevantit pitoisuudet >1,28×10-5) siksak-valo vaimenee merkittävästi ja sen intensiteetti on paljon pienempi kuin suoran valon suuren absorptiokertoimen ja pidemmän optisen ajan vuoksi.pieni tie.Siten suora valo hallitsi absorbanssin määritystä (LOP = LC) ja AEF pidettiin vakiona -7,0:ssa. Sitä vastoin, kun absorptiokerrointa pienennetään mustepitoisuuden pienentyessä (esim. vastaava pitoisuus <1,28 × 10-5), siksak-valon intensiteetti kasvaa nopeammin kuin suoran valon, ja sitten siksak-valolla alkaa olla tärkeämpi rooli. Sitä vastoin, kun absorptiokerrointa pienennetään mustepitoisuuden pienentyessä (esim. vastaava pitoisuus <1,28 × 10-5), siksak-valon intensiteetti kasvaa nopeammin kuin suoran valon, ja sitten siksak-valolla alkaa olla tärkeämpi rooli. Напротив, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чернил (наприманякор1, тоффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чернил 28 × 10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличивается быстрее, чем у прямого света, интенсивность зигзагообразного света увеличивается быстрее, чем у прямого света, интенсивность зигзагообразного света увеличивается быстрее, чем у прямого света, и замого света, и затенсивность света увеличивается быстрее свет. Päinvastoin, kun absorptiokerroin pienenee mustepitoisuuden pienentyessä (esimerkiksi suhteellinen pitoisuus <1,28×10-5), siksak-valon intensiteetti kasvaa nopeammin kuin suoran valon, ja sitten siksak-valo alkaa leikkiä.tärkeämpi rooli.相反，当吸收系数随着墨水浓度的降低而降低时（例如，相弓浓度彄Z：彚彚当度<1,28×10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 ， 概 15库 相度， 浓 8 浓 库 时. ， 字形光 的 强度 比 增加 得 更 ， 然后 z 字形光 发挥 作用 一 鴇 重要 曁 鴇 重更 更 更 更 更 HI的角色. И наоборот, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чернил (напристровую, ция < 1,28×10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличивается быстрее, чем прямораго, и тогда зигзаныйо ть более важную роль. Toisaalta, kun absorptiokerroin pienenee musteen pitoisuuden pienentyessä (esimerkiksi vastaava pitoisuus < 1,28 × 10-5), siksak-valon intensiteetti kasvaa nopeammin kuin suora valo, ja sitten siksak-valolla alkaa olla tärkeämpi rooli.roolihahmo.Siksi sahahampaisen optisen reitin (LOP » LC) ansiosta AEF voidaan lisätä paljon enemmän kuin 7,0.MWC:n tarkat valonläpäisyominaisuudet voidaan saada käyttämällä aaltoputkimooditeoriaa.
Optisen polun parantamisen lisäksi nopea näytteiden vaihto edistää myös erittäin alhaisia ​​tunnistusrajoja.MCC:n pienestä tilavuudesta (0,16 ml) johtuen MCC:n liuosten vaihtamiseen ja vaihtamiseen tarvittava aika voi olla alle 20 sekuntia.Kuten kuvasta 5 näkyy, AMWC:n (2,5 × 10–4) pienin havaittava arvo on 4 kertaa pienempi kuin Acuvetten (1,0 × 10–3).Virtaavan liuoksen nopea vaihto kapillaarissa vähentää järjestelmän melun (esim. drift) vaikutusta absorbanssieron tarkkuuteen verrattuna kyvetissä olevaan retentioliuokseen.Esimerkiksi, kuten kuvassa näkyy.3(b)-(d), ΔV voidaan helposti erottaa ryömimäsignaalista pienen tilavuuden kapillaarin nopean näytteenvaihdon ansiosta.
Kuten taulukosta 2 esitetään, valmistettiin joukko glukoosiliuoksia eri pitoisuuksilla käyttämällä DI H20:ta liuottimena.Värjätyt tai nollanäytteet valmistettiin sekoittamalla glukoosiliuosta tai deionisoitua vettä glukoosioksidaasin (GOD) ja peroksidaasin (POD) 37 kromogeenisten liuosten kanssa kiinteässä tilavuussuhteessa 3:1, vastaavasti.KuvassaKuva 8 esittää optisia valokuvia yhdeksästä värjätystä näytteestä (S2-S10), joiden glukoosipitoisuudet vaihtelevat välillä 2,0 mM (vasemmalla) - 5,12 nM (oikealla).Punoitus vähenee glukoosipitoisuuden pienentyessä.
Näytteiden 4, 9 ja 10 mittaustulokset MWC-pohjaisella fotometrillä on esitetty kuvioissa 1 ja 2.9(a)-(c), vastaavasti.Kuten kuvassa näkyy.Kuvassa 9(c), mitatusta ΔV tulee vähemmän stabiiliksi ja kasvaa hitaasti mittauksen aikana, kun itse GOD-POD-reagenssin väri (jopa ilman glukoosin lisäämistä) muuttuu hitaasti valossa.Siten peräkkäisiä ΔV-mittauksia ei voida toistaa näytteille, joiden glukoosipitoisuus on alle 5,12 nM (näyte 10), koska kun ΔV on tarpeeksi pieni, GOD-POD-reagenssin epästabiilisuutta ei voida enää jättää huomiotta.Siksi glukoosiliuoksen havaitsemisraja on 5,12 nM, vaikka vastaava ΔV-arvo (0,52 µV) on paljon suurempi kuin kohinaarvo (0,03 µV), mikä osoittaa, että pieni ΔV voidaan silti havaita.Tätä havaitsemisrajaa voidaan edelleen parantaa käyttämällä stabiilimpia kromogeenisiä reagensseja.
(a) Mittaustulokset näytteelle 4, (b) näytteelle 9 ja (c) näytteelle 10 käyttämällä MWC-pohjaista fotometriä.
AMWC-absorbanssi voidaan laskea käyttämällä mitattuja Vcolor-, Vblank- ja Vdark-arvoja.Valodetektorille, jonka vahvistus on 105 V, tummuus on -0,068 μV.Kaikkien näytteiden mittaukset voidaan asettaa lisämateriaaliin.Vertailun vuoksi glukoosinäytteet mitattiin myös spektrofotometrillä ja Acuvetten mitattu absorbanssi saavutti havaitsemisrajan 0,64 µM (näyte 7), kuten kuvassa 10 esitetään.
Absorbanssin ja konsentraation välinen suhde on esitetty kuvassa 11. MWC-pohjaisella fotometrillä saavutettiin 125-kertainen parannus tunnistusrajaan verrattuna kyvettipohjaiseen spektrofotometriin.Tämä parannus on pienempi kuin punaisen musteen määritys GOD-POD-reagenssin huonon stabiilisuuden vuoksi.Havaittiin myös epälineaarinen absorbanssin lisääntyminen pienillä pitoisuuksilla.
MWC-pohjainen fotometri on kehitetty nestemäisten näytteiden ultraherkkää havaitsemiseen.Optista polkua voidaan suurentaa suuresti ja paljon pidempään kuin MWC:n fyysinen pituus, koska aallotetun sileän metallisivuseinän siroama valo voidaan pitää kapillaarin sisällä tulokulmasta riippumatta.Jo 5,12 nM:n pitoisuudet voidaan saavuttaa käyttämällä perinteisiä GOD-POD-reagensseja uuden epälineaarisen optisen vahvistuksen sekä nopean näytteenvaihdon ja glukoosin havaitsemisen ansiosta.Tätä kompaktia ja edullista fotometriä käytetään laajasti biotieteissä ja ympäristön seurannassa jälkianalyysiin.
Kuten kuvasta 1 näkyy, MWC-pohjainen fotometri koostuu 7 cm pitkästä MWC:stä (sisähalkaisija 1,7 mm, ulkohalkaisija 3,18 mm, EP-luokan sähkökiillotettu sisäpinta, SUS316L ruostumattomasta teräksestä valmistettu kapillaari), 505 nm aallonpituuden LEDistä (Thorlabs M505F1), ja variate asteen lenses5F1 (6ambe. labs PDB450C) ja kaksi T-liitintä optiseen tiedonsiirtoon ja nesteen sisään/ulostuloon.T-liitin valmistetaan liittämällä läpinäkyvä kvartsilevy PMMA-putkeen, johon MWC- ja Peek-putket (0,72 mm sisähalkaisija, 1,6 mm ulkohalkaisija, Vici Valco Corp.) asetetaan ja liimataan tiiviisti.Pike-tuloputkeen liitettyä kolmitieventtiiliä käytetään tulevan näytteen kytkemiseen.Valodetektori voi muuntaa vastaanotetun optisen tehon P vahvistetuksi jännitesignaaliksi N×V (jossa V/P = 1,0 V/W 1550 nm:ssä, vahvistusta N voidaan säätää manuaalisesti välillä 103-107).Lyhyyden vuoksi lähtösignaalina käytetään V:tä N×V:n sijaan.
Vertailun vuoksi nestemäisten näytteiden absorbanssin mittaamiseen käytettiin myös kaupallista spektrofotometriä (Agilent Technologies Cary 300 -sarja, jossa on R928 High Efficiency Photomultiplier) 1,0 cm:n kyvettikennolla.
MWC-leikkauksen sisäpintaa tutkittiin käyttämällä optista pintaprofilointilaitetta (ZYGO New View 5022), jonka pysty- ja lateraaliresoluutio oli 0,1 nm ja 0,11 µm.
Kaikki kemikaalit (analyyttinen laatu, ei lisäpuhdistusta) ostettiin Sichuan Chuangke Biotechnology Co., Ltd:ltä. Glukoositestisarjat sisältävät glukoosioksidaasin (GOD), peroksidaasin (POD), 4-aminoantipyriinin ja fenolin jne. Kromogeeninen liuos valmistettiin tavallisella GOD-POD 37 -menetelmällä.
Kuten taulukosta 2 käy ilmi, joukko glukoosiliuoksia eri pitoisuuksilla valmistettiin käyttämällä DI H2O:ta laimennusaineena käyttäen sarjalaimennusmenetelmää (katso lisätietoja kohdasta Lisämateriaalit).Valmistetaan värjätyt tai nollanäytteet sekoittamalla glukoosiliuosta tai deionisoitua vettä kromogeeniseen liuokseen kiinteässä tilavuussuhteessa 3:1.Kaikki näytteet säilytettiin 37 °C:ssa valolta suojattuna 10 minuuttia ennen mittausta.GOD-POD-menetelmässä värjätyt näytteet muuttuvat punaisiksi absorptiomaksimilla 505 nm:ssä ja absorptio on lähes verrannollinen glukoosipitoisuuteen.
Kuten taulukosta 1 esitetään, sarja punaisen musteen liuoksia (Ostrich Ink Co., Ltd., Tianjin, Kiina) valmistettiin sarjalaimennusmenetelmällä käyttäen DI H20:ta liuottimena.
Kuinka lainata tätä artikkelia: Bai, M. et al.Kompakti fotometri, joka perustuu metallisiin aaltoputkikapillaareihin: glukoosin nanomolaaristen pitoisuuksien määrittämiseen.Tiede.5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
Dress, P. & Franke, H. Nesteanalyysin tarkkuuden lisääminen ja pH-arvon säätö käyttämällä nesteydinaaltoputkea. Dress, P. & Franke, H. Nesteanalyysin tarkkuuden lisääminen ja pH-arvon säätö käyttämällä nesteydinaaltoputkea.Dress, P. ja Franke, H. Nesteanalyysin tarkkuuden ja pH-säädön parantaminen nesteytimen aaltoputkella. 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. ja Franke, H. Nesteanalyysin tarkkuuden ja pH-säädön parantaminen käyttämällä nestemäisiä aaltoputkia.Vaihda tieteeseen.mittari.68, 2167-2171 (1997).
Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ & Hansell, DA. Jatkuva kolorimetrinen hiven ammoniumin määritys merivedestä pitkän matkan nestemäisen aaltoputken kapillaarikennon avulla. Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ & Hansell, DA. Jatkuva kolorimetrinen hiven ammoniumin määritys merivedestä pitkän matkan nestemäisen aaltoputken kapillaarikennon avulla.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ ja Hansel, DA. Jatkuva kolorimetrinen ammoniummäärien määritys merivedestä käyttäen kapillaarikennoa nestemäisellä aaltoputkella. 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 ja Hansel, DA. Jatkuva kolorimetrinen ammoniummäärien määritys merivedestä käyttämällä pitkän kantaman nestemäisiä aaltoputkikapillaareja.Kemia maaliskuussa.96, 73–85 (2005).
Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS Katsaus nesteaaltoputkikapillaarikennon viimeaikaisiin sovelluksiin virtauspohjaisissa analyysitekniikoissa spektroskooppisten havaintomenetelmien herkkyyden parantamiseksi. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS Katsaus nesteaaltoputkikapillaarikennon viimeaikaisiin sovelluksiin virtauspohjaisissa analyysitekniikoissa spektroskooppisten havaintomenetelmien herkkyyden parantamiseksi.Pascoa, RNMJ, Toth, IV ja Rangel, AOSS Katsaus nestemäisen aaltoputken kapillaarikennon viimeaikaisiin sovelluksiin virtausanalyysitekniikoissa spektroskooppisten ilmaisumenetelmien herkkyyden parantamiseksi. 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斅应最斤检测方法的灵敏度. 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 最提方法 的.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 灦 敏序度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度Pascoa, RNMJ, Toth, IV ja Rangel, AOSS Katsaus nestemäisten aaltoputkien kapillaarisolujen viimeaikaisiin sovelluksiin virtauspohjaisissa analyyttisissa menetelmissä spektroskooppisten havaitsemismenetelmien herkkyyden parantamiseksi.peräaukko.Chim.laki 739, 1–13 (2012).
Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Ag-, AgI-kalvojen paksuuden tutkiminen onttojen aaltoputkien kapillaarissa. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Ag-, AgI-kalvojen paksuuden tutkiminen onttojen aaltoputkien kapillaarissa.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. ja Shen J. Kalvojen Ag, AgI paksuuden tutkiminen kapillaarissa onttoja aaltoputkia varten. 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. Ag:n ja AgI:n ohuen kalvon paksuuden tutkimus ilmakanavassa.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. ja Shen J. Ohutkalvon paksuuden Ag, AgI tutkimus ontoissa aaltoputkikapillaareissa.Infrapunafysiikka.Technology 42, 501–508 (2001).
Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Fosfaattien nanomolaaristen pitoisuuksien määrittäminen luonnollisissa vesissä käyttämällä virtausinjektiota pitkän matkan nestemäisen aaltoputken kapillaarikennolla ja solid-state spektrofotometristä ilmaisua. Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Fosfaattien nanomolaaristen pitoisuuksien määrittäminen luonnollisissa vesissä käyttämällä virtausinjektiota pitkän matkan nestemäisen aaltoputken kapillaarikennolla ja solid-state spektrofotometristä ilmaisua.Gimbert, LJ, Haygarth, PM ja Worsfold, PJ Nanomolaaristen fosfaattipitoisuuksien määrittäminen luonnollisissa vesissä käyttämällä virtausinjektiota nestemäisen aaltoputken kapillaarikennolla ja kiinteän olomuodon spektrofotometristä ilmaisua. 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态分光光度纳摩尔浓度的磷酸盐. Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Fosfaattipitoisuuden määrittäminen luonnollisessa vedessä käyttämällä nesteruiskua ja pitkän kantaman nestemäistä aaltoputkia kapillaariputkea.Gimbert, LJ, Haygarth, PM ja Worsfold, PJ Nanomolaarisen fosfaatin määritys luonnonvedessä käyttämällä injektiovirtausta ja kapillaariaaltoputkea, jossa on pitkä optinen reitti ja solid-state spektrofotometrinen ilmaisu.Taranta 71, 1624–1628 (2007).
Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Lineaarisuus ja tehokas optinen polku nestemäisten aaltoputkien kapillaarisolujen. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Lineaarisuus ja tehokas optinen polku nestemäisten aaltoputkien kapillaarisolujen.Belz M., Dress P., Suhitsky A. ja Liu S. Lineaarisuus ja tehokas optisen polun pituus nesteaaltoputkissa kapillaarisoluissa. 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. Nestemäisen veden lineaarisuus ja tehollinen pituus.Belz M., Dress P., Suhitsky A. ja Liu S. Lineaarinen ja tehokas optisen polun pituus kapillaarisolun nesteaaltossa.SPIE 3856, 271–281 (1999).
Dallas, T. & Dasgupta, PK Valo tunnelin päässä: nesteydinaaltoputkien viimeaikaiset analyyttiset sovellukset. Dallas, T. & Dasgupta, PK Valo tunnelin päässä: nesteydinaaltoputkien viimeaikaiset analyyttiset sovellukset.Dallas, T. ja Dasgupta, PK Valo tunnelin päässä: nesteydinaaltoputkien viimeaikaiset analyyttiset sovellukset. Dallas, T. & Dasgupta, PK Valo tunnelin päässä:液芯波导的最新分析应用. Dallas, T. & Dasgupta, PK Valo tunnelin päässä:液芯波导的最新分析应用.Dallas, T. ja Dasgupta, PK Valo tunnelin päässä: nesteydinaaltoputkien uusin analyyttinen sovellus.TAC, trendianalyysi.Kemiallinen.23, 385–392 (2004).
Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID Monipuolinen kokonaisheijastuksen fotometrinen tunnistuskenno virtausanalyysiin. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID Monipuolinen kokonaisheijastuksen fotometrinen tunnistuskenno virtausanalyysiin.Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR ja McKelvey, ID Universaali fotometrinen sisäinen kokonaisheijastuskenno virtausanalyysiin. 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 ja McKelvey, ID Universal TIR fotometrinen kenno virtausanalyysiin.Taranta 79, 830–835 (2009).
Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID Moniheijastava fotometrinen virtauskenno käytettäväksi suistovesien virtausinjektioanalyysissä. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID Moniheijastava fotometrinen virtauskenno käytettäväksi suistovesien virtausinjektioanalyysissä.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ ja McKelvey, ID Moniheijastava fotometrinen virtauskenno käytettäväksi suistovesien virtausanalyysissä. 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分析 Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ ja McKelvey, ID Moniheijastava fotometrinen virtauskenno virtausinjektioanalyysiin suistovesissä.anus Chim.Acta 499, 81-89 (2003).
Pan, J.-Z., Yao, B. & Fang, Q. Hand-held fotometri, joka perustuu nesteytimen aaltoputken absorptioilmaisuun nanolitra-mittakaavassa. Pan, J.-Z., Yao, B. & Fang, Q. Hand-held fotometri, joka perustuu nesteytimen aaltoputken absorptioilmaisuun nanolitra-mittakaavassa.Pan, J.-Z., Yao, B. ja Fang, K. Kädessä pidettävä fotometri, joka perustuu nesteytimen aallonpituuden absorptioilmaisuun nanolitran mittakaavassa oleville näytteille. 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. Perustuu 液芯波波水水水油法的纳法手手手持光度计.Pan, J.-Z., Yao, B. ja Fang, K. Kädessä pidettävä fotometri, jossa on nanomittakaavan näyte, joka perustuu absorption havaitsemiseen nestemäisessä ydinaalossa.peräaukko Kemiallinen.82, 3394–3398 (2010).
Zhang, J.-Z.Lisää injektiovirtausanalyysin herkkyyttä käyttämällä kapillaarivirtauskennoa, jossa on pitkä optinen reitti spektrofotometriseen havaitsemiseen.peräaukko.Tiede.22, 57–60 (2006).
D'Sa, EJ & Steward, RG Nestekapillaariaaltoputkisovellus absorbanssispektroskopiassa (Vastaus Byrnen ja Kaltenbacherin kommenttiin). D'Sa, EJ & Steward, RG Nestekapillaariaaltoputkisovellus absorbanssispektroskopiassa (Vastaus Byrnen ja Kaltenbacherin kommenttiin).D'Sa, EJ ja Steward, RG Nestemäisten kapillaariaaltoputkien sovellukset absorptiospektroskopiassa (Vastaus Byrnen ja Kaltenbacherin kommentteihin). 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 Nesteen käyttö 毛绿波波对在absorptiospektrin（回复Byrne和Kaltenbacher的评论）.D'Sa, EJ ja Steward, RG Nestemäiset kapillaariaaltoputket absorptiospektroskopiaan (vastauksena Byrnen ja Kaltenbacherin kommentteihin).limonoli.Meritieteilijä.46, 742–745 (2001).
Khijwania, SK & Gupta, BD Kuituoptinen vaimenevan kentän absorptioanturi: Kuituparametrien ja anturin geometrian vaikutus. Khijwania, SK & Gupta, BD Kuituoptinen vaimenevan kentän absorptioanturi: Kuituparametrien ja anturin geometrian vaikutus.Hijvania, SK ja Gupta, BD kuituoptinen vaimenevan kentän absorptioanturi: Kuituparametrien ja anturin geometrian vaikutus. 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 & Gupta, BDHijvania, SK ja Gupta, BD Evanescent-kentän absorptiokuituoptiset anturit: kuituparametrien ja anturin geometrian vaikutus.Optics and Quantum Electronics 31, 625–636 (1999).
Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Onttojen, metallivuorattujen, aaltoputkien Raman-anturien kulmalähtö. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Onttojen, metallivuorattujen, aaltoputkien Raman-anturien kulmalähtö.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. ja Woodruff, SD Onttojen aaltoputkien Raman-anturien kulmalähtö metallivuorauksella. 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. ja Woodruff, SD Raman-anturin kulmalähtö paljaalla metallilla.hakemus valita 51, 2023-2025 (2012).
Harrington, JA Yleiskatsaus ontoista aaltoputkista IR-lähetykseen.kuituintegraatio.valita.19, 211-227 (2000).