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L'analyse de traces d'échantillons liquides a une large gamme d'applications dans les sciences de la vie et la surveillance de l'environnement.Dans ce travail, nous avons développé un photomètre compact et peu coûteux basé sur des capillaires de guides d'ondes métalliques (MCC) pour la détermination ultrasensible de l'absorption.Le chemin optique peut être considérablement augmenté et beaucoup plus long que la longueur physique du MWC, car la lumière diffusée par les parois latérales métalliques lisses ondulées peut être contenue dans le capillaire quel que soit l'angle d'incidence.Des concentrations aussi faibles que 5,12 nM peuvent être atteintes à l'aide de réactifs chromogéniques courants grâce à une nouvelle amplification optique non linéaire et à une commutation rapide des échantillons et à la détection du glucose.
La photométrie est largement utilisée pour l'analyse de traces d'échantillons liquides en raison de l'abondance de réactifs chromogènes disponibles et de dispositifs optoélectroniques à semi-conducteurs1,2,3,4,5.Par rapport à la détermination d'absorbance traditionnelle basée sur une cuvette, les capillaires de guide d'ondes liquides (LWC) réfléchissent (TIR) ​​​​en gardant la lumière de la sonde à l'intérieur du capillaire1,2,3,4,5.Cependant, sans autre amélioration, le chemin optique n'est que proche de la longueur physique du LWC3.6, et l'augmentation de la longueur du LWC au-delà de 1,0 m souffrira d'une forte atténuation de la lumière et d'un risque élevé de bulles, etc.
Il existe actuellement deux principaux types de LWC, à savoir les capillaires en téflon AF (ayant un indice de réfraction de seulement ~ 1,3, ce qui est inférieur à celui de l'eau) et les capillaires en silice recouverts de téflon AF ou de films métalliques1,3,4.Pour obtenir un TIR à l'interface entre les matériaux diélectriques, des matériaux avec un faible indice de réfraction et des angles d'incidence de la lumière élevés sont nécessaires3,6,10.En ce qui concerne les capillaires en Teflon AF, le Teflon AF est respirant en raison de sa structure poreuse3,11 et peut absorber de petites quantités de substances dans les échantillons d'eau.Pour les capillaires en quartz recouverts à l'extérieur de Téflon AF ou de métal, l'indice de réfraction du quartz (1,45) est supérieur à celui de la plupart des échantillons liquides (par exemple 1,33 pour l'eau)3,6,12,13.Pour les capillaires recouverts d'un film métallique à l'intérieur, les propriétés de transport ont été étudiées14,15,16,17,18, mais le processus de revêtement est compliqué, la surface du film métallique a une structure rugueuse et poreuse4,19.
De plus, les LWC commerciaux (capillaires revêtus de téflon AF et capillaires de silice revêtus de téflon AF, World Precision Instruments, Inc.) présentent d'autres inconvénients, tels que : pour les défauts..Le grand volume mort du TIR3,10, (2) connecteur en T (pour connecter les capillaires, les fibres et les tubes d'entrée/sortie) peut piéger les bulles d'air10.
Dans le même temps, la détermination des niveaux de glucose est d'une grande importance pour le diagnostic du diabète, de la cirrhose du foie et des maladies mentales20.et de nombreuses méthodes de détection telles que la photométrie (dont la spectrophotométrie 21, 22, 23, 24, 25 et la colorimétrie sur papier 26, 27, 28), la galvanométrie 29, 30, 31, la fluorimétrie 32, 33, 34, 35, la polarimétrie optique 36 , la résonance plasmon de surface.37, cavité Fabry-Perot 38, électrochimie 39 et électrophorèse capillaire 40,41 et ainsi de suite.Cependant, la plupart de ces méthodes nécessitent un équipement coûteux, et la détection du glucose à plusieurs concentrations nanomolaires reste un défi (par exemple, pour les mesures photométriques21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, la plus faible concentration de glucose).la limite n'était que de 30 nM lorsque des nanoparticules de bleu de Prusse étaient utilisées comme imitateurs de la peroxydase).Des analyses de glucose nanomolaire sont souvent nécessaires pour des études cellulaires au niveau moléculaire telles que l'inhibition de la croissance du cancer de la prostate chez l'homme42 et le comportement de fixation du CO2 de Prochlorococcus dans l'océan.
Dans cet article, un photomètre compact et peu coûteux basé sur un capillaire de guide d'ondes métallique (MWC), un capillaire en acier inoxydable SUS316L avec une surface intérieure électropolie, a été développé pour la détermination d'absorption ultrasensible.Étant donné que la lumière peut être piégée à l'intérieur des capillaires métalliques quel que soit l'angle d'incidence, le chemin optique peut être considérablement augmenté par la diffusion de la lumière sur des surfaces métalliques ondulées et lisses, et est beaucoup plus long que la longueur physique du MWC.De plus, un simple connecteur en T a été conçu pour la connexion optique et l'entrée/sortie de fluide afin de minimiser le volume mort et d'éviter le piégeage de bulles.Pour le photomètre MWC de 7 cm, la limite de détection est améliorée d'environ 3000 fois par rapport au spectrophotomètre commercial avec une cuvette de 1 cm en raison de la nouvelle amélioration du chemin optique non linéaire et de la commutation rapide de l'échantillon, et la concentration de détection de glucose peut également être atteinte.seulement 5,12 nM en utilisant des réactifs chromogéniques courants.
Comme le montre la figure 1, le photomètre à base de MWC se compose d'un MWC de 7 cm de long avec une surface intérieure électropolie de qualité EP, une LED de 505 nm avec une lentille, un photodétecteur à gain réglable et deux pour le couplage optique et l'entrée de liquide.Sortie.Une vanne à trois voies connectée au tube d'entrée Pike est utilisée pour commuter l'échantillon entrant.Le tube Peek s'adapte parfaitement à la plaque de quartz et au MWC, de sorte que le volume mort dans le connecteur en T est réduit au minimum, empêchant efficacement les bulles d'air d'être piégées.De plus, le faisceau collimaté peut être introduit facilement et efficacement dans le MWC à travers la plaque de quartz en T.
Le faisceau et l'échantillon de liquide sont introduits dans le MCC par une pièce en T, et le faisceau traversant le MCC est reçu par un photodétecteur.Les solutions entrantes d'échantillons colorés ou blancs ont été alternativement introduites dans l'ICC par une vanne à trois voies.Selon la loi de Beer, la densité optique d'un échantillon coloré peut être calculée à partir de l'équation.1.10
où Vcolor et Vblank sont les signaux de sortie du photodétecteur lorsque des échantillons de couleur et de blanc sont introduits dans le MCC, respectivement, et Vdark est le signal de fond du photodétecteur lorsque la LED est éteinte.La variation du signal de sortie ΔV = Vcolor – Vblank peut être mesurée en commutant des échantillons.Selon l'équation.Comme le montre la figure 1, si ΔV est beaucoup plus petit que Vblank-Vdark, lors de l'utilisation d'un schéma de commutation d'échantillonnage, de petits changements dans Vblank (par exemple, la dérive) peuvent avoir peu d'effet sur la valeur AMWC.
Pour comparer les performances du photomètre à base de MWC avec le spectrophotomètre à cuvette, une solution d'encre rouge a été utilisée comme échantillon de couleur en raison de son excellente stabilité de couleur et de sa bonne linéarité concentration-absorbance, DI H2O comme échantillon à blanc..Comme le montre le tableau 1, une série de solutions d'encre rouge ont été préparées par la méthode de dilution en série en utilisant DI H2O comme solvant.La concentration relative de l'échantillon 1 (S1), peinture rouge d'origine non diluée, a été déterminée à 1,0.Sur la fig.La figure 2 montre des photographies optiques de 11 échantillons d'encre rouge (S4 à S14) avec des concentrations relatives (énumérées dans le tableau 1) allant de 8,0 × 10–3 (gauche) à 8,2 × 10–10 (droite).
Les résultats de mesure pour l'échantillon 6 sont représentés sur les Fig.3(a).Les points de commutation entre les échantillons colorés et blancs sont marqués sur la figure par des doubles flèches "↔".On peut voir que la tension de sortie augmente rapidement lors du passage d'échantillons de couleur à des échantillons vierges et vice versa.Vcolor, Vblank et le ΔV correspondant peuvent être obtenus comme indiqué sur la figure.
(a) Résultats de mesure pour l'échantillon 6, (b) l'échantillon 9, (c) l'échantillon 13 et (d) l'échantillon 14 à l'aide d'un photomètre basé sur MWC.
Les résultats de mesure pour les échantillons 9, 13 et 14 sont représentés sur les Fig.3(b)-(d), respectivement.Comme le montre la figure 3(d), le ΔV mesuré n'est que de 5 nV, soit presque 3 fois la valeur de bruit (2 nV).Un petit ΔV est difficile à distinguer du bruit.Ainsi, la limite de détection atteint une concentration relative de 8,2 x 10-10 (échantillon 14).A l'aide d'équations.1. L'absorbance AMWC peut être calculée à partir des valeurs mesurées de Vcolor, Vblank et Vdark.Pour un photodétecteur avec un gain de 104 Vdark c'est -0.68 μV.Les résultats de mesure pour tous les échantillons sont résumés dans le tableau 1 et peuvent être trouvés dans le matériel supplémentaire.Comme le montre le tableau 1, l'absorbance trouvée à des concentrations élevées sature, de sorte qu'une absorbance supérieure à 3,7 ne peut pas être mesurée avec des spectromètres à base de MWC.
A titre de comparaison, un échantillon d'encre rouge a également été mesuré avec un spectrophotomètre et l'absorbance Acuvette mesurée est illustrée à la figure 4. Les valeurs Acuvette à 505 nm (comme indiqué dans le tableau 1) ont été obtenues en se référant aux courbes des échantillons 10, 11 ou 12 (comme indiqué dans l'encart).à la Fig. 4) comme ligne de base.Comme indiqué, la limite de détection a atteint une concentration relative de 2,56 x 10-6 (échantillon 9) parce que les courbes d'absorption des échantillons 10, 11 et 12 étaient indiscernables les unes des autres.Ainsi, lors de l'utilisation du photomètre à base de MWC, la limite de détection a été améliorée d'un facteur de 3125 par rapport au spectrophotomètre à cuvette.
La dépendance absorption-concentration est présentée dans la Fig.5.Pour les mesures en cuvette, l'absorbance est proportionnelle à la concentration d'encre à une longueur de trajet de 1 cm.Alors que, pour les mesures basées sur MWC, une augmentation non linéaire de l'absorbance a été observée à de faibles concentrations.Selon la loi de Beer, l'absorbance est proportionnelle à la longueur du chemin optique, de sorte que le gain d'absorption AEF (défini comme AEF = AMWC/Acuvette à la même concentration d'encre) est le rapport de MWC à la longueur du chemin optique de la cuvette.Comme le montre la figure 5, à des concentrations élevées, l'AEF constant est d'environ 7,0, ce qui est raisonnable puisque la longueur du MWC est exactement 7 fois la longueur d'une cuvette de 1 cm. Cependant, à de faibles concentrations (concentration associée <1,28 × 10-5), l'AEF augmente avec la concentration décroissante et atteindrait une valeur de 803 à une concentration associée de 8,2 × 10-10 en extrapolant la courbe de mesure en cuvette. Cependant, à de faibles concentrations (concentration associée <1,28 × 10-5), l'AEF augmente avec la concentration décroissante et atteindrait une valeur de 803 à une concentration associée de 8,2 × 10-10 en extrapolant la courbe de mesure en cuvette. AEF увеличивается с уменьшением концентрации и может достигать значения 803 при относительной концентрации 8, 2 × 10–10 pour les appareils photo. Cependant, à de faibles concentrations (concentration relative <1,28 × 10–5), l'AEF augmente avec la concentration décroissante et peut atteindre une valeur de 803 à une concentration relative de 8,2 × 10–10 lorsqu'elle est extrapolée à partir d'une courbe de mesure en 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，并且通过外推基于比色皿的测量曲线，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 ， 并且 通过 外推 基于比色皿 测量 曲线 ， 在 浓度 为 8.2 × 10-10 时 达到 达到 达到 达到 达到803 值。 Однако при низких концентрациях (релевантные концентрации < 1,28 × 10-5) АЭП увеличиваетс я с уменьшением концентрации, и при экстраполяции кривой измерения на основе кюветы она . Cependant, à de faibles concentrations (concentrations pertinentes < 1,28 × 10-5), l'AED augmente avec la concentration décroissante et, lorsqu'il est extrapolé à partir d'une courbe de mesure en cuvette, il atteint une valeur de concentration relative de 8,2 × 10–10 803 .Il en résulte un chemin optique correspondant de 803 cm (AEF × 1 cm), ce qui est beaucoup plus long que la longueur physique du MWC, et même plus long que le plus long LWC disponible dans le commerce (500 cm de World Precision Instruments, Inc.).Doko Engineering LLC a une longueur de 200 cm).Cette augmentation non linéaire de l'absorption dans le LWC n'a pas été rapportée auparavant.
Sur la fig.6(a)-(c) montrent une image optique, une image au microscope et une image de profileur optique de la surface interne de la section MWC, respectivement.Comme le montre la fig.6(a), la surface interne est lisse et brillante, peut réfléchir la lumière visible et est hautement réfléchissante.Comme le montre la fig.6(b), en raison de la déformabilité et de la nature cristalline du métal, de petites mesas et des irrégularités apparaissent sur la surface lisse. Compte tenu de la petite surface (<5 μm × 5 μm), la rugosité de la plupart des surfaces est inférieure à 1, 2 nm (Fig. 6 (c)). Compte tenu d'une petite surface (<5 μm × 5 μm), la rugosité de la plupart des surfaces est inférieure à 1, 2 nm (Fig. 6 (c)). Ввиду малой площади (<5 мкм×5 мкм) яет менее 1,2 нм (рис. 6(в)). En raison de la petite surface (<5 µm × 5 µm), la rugosité de la majeure partie de la surface est inférieure à 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 поверхносте й составляет менее 1,2 нм (рис. 6(в)). Compte tenu de la petite surface (<5 µm × 5 µm), la rugosité de la plupart des surfaces est inférieure à 1,2 nm (Fig. 6(c)).
(a) Image optique, (b) image au microscope et (c) image optique de la surface interne de la coupe MWC.
Comme le montre la fig.7(a), le chemin optique LOP dans le capillaire est déterminé par l'angle d'incidence θ (LOP = LC/sinθ, où LC est la longueur physique du capillaire).Pour les capillaires en Téflon AF remplis de DI H2O, l'angle d'incidence doit être supérieur à l'angle critique de 77,8°, de sorte que la LOP est inférieure à 1,02 × LC sans autre amélioration3.6.Alors qu'avec MWC, le confinement de la lumière à l'intérieur du capillaire est indépendant de l'indice de réfraction ou de l'angle d'incidence, de sorte que lorsque l'angle d'incidence diminue, le trajet de la lumière peut être beaucoup plus long que la longueur du capillaire (LOP » LC).Comme le montre la fig.7 (b), la surface métallique ondulée peut induire une diffusion de la lumière, ce qui peut augmenter considérablement le chemin optique.
Par conséquent, il existe deux trajets lumineux pour MWC : lumière directe sans réflexion (LOP = LC) et lumière en dents de scie avec réflexions multiples entre les parois latérales (LOP » LC).Selon la loi de Beer, l'intensité de la lumière directe et en zigzag transmise peut être exprimée respectivement par PS × exp (-α × LC) et PZ × exp (-α × LOP), où la constante α est le coefficient d'absorption, qui dépend entièrement de la concentration d'encre.
Pour une encre à haute concentration (par exemple, concentration connexe> 1,28 × 10-5), la lumière en zigzag est fortement atténuée et son intensité est bien inférieure à celle de la lumière directe, en raison du grand coefficient d'absorption et de son chemin optique beaucoup plus long. Pour une encre à haute concentration (par exemple, concentration associée> 1,28 × 10-5), la lumière en zigzag est fortement atténuée et son intensité est bien inférieure à celle de la lumière directe, en raison du grand coefficient d'absorption et de son chemin optique beaucoup plus long. Для чернил с Высокой концентрацией (наdueиеер, относительная концентрация> 1,28 × 10-5) зззаноаззный зе се лнаminé зззeve ео интенсивность намного ниже, чем у прого света, из-за болшого коээффициента поглщAS екого зззчения. Pour une encre à haute concentration (par exemple concentration relative > 1,28 × 10-5), la lumière en zigzag est fortement atténuée et son intensité est bien inférieure à celle de la lumière directe en raison du coefficient d'absorption élevé et de l'émission optique beaucoup plus longue.piste.对于高浓度墨水（例如，相关浓度>1.28×10-5），Z字形光衰减很大，其强度远低于直光，这是由于吸收系数大，光学时间更长。对于 高浓度 墨水 （例如 ， 浓度 浓度> 1,28 × 10-5） ， z 字形 衰减 很 大 ， 强度 远 低 直光 ， 这 是 吸收 系数 大 光学 时间 更。。。 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长Для чернил с высокой концентрацией (например, релевантные концентрации >1,28×10-5) зигзаг ообразный свет значительно ослабляется, et его интенсивность намного ниже, чем у прямого с et plus encore. Pour les encres à haute concentration (par exemple, concentrations pertinentes> 1,28 × 10-5), la lumière en zigzag est considérablement atténuée et son intensité est bien inférieure à celle de la lumière directe en raison du coefficient d'absorption élevé et du temps optique plus long.petite route.Ainsi, la lumière directe a dominé la détermination de l'absorbance (LOP = LC) et l'AEF a été maintenu constant à ~ 7,0. En revanche, lorsque le coefficient d'absorption diminue avec la diminution de la concentration d'encre (par exemple, concentration associée <1,28 × 10-5), l'intensité de la lumière en zigzag augmente plus rapidement que celle de la lumière directe, puis la lumière en zigzag commence à jouer un rôle plus important. En revanche, lorsque le coefficient d'absorption diminue avec la diminution de la concentration d'encre (par exemple, concentration associée <1,28 × 10-5), l'intensité de la lumière en zigzag augmente plus rapidement que celle de la lumière directe, puis la lumière en zigzag commence à jouer un rôle plus important. Напротив, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации черни л (например, относительная концентрация <1,28 × 10-5), интенсивность зигзагообразного света уве личивается быстрее, чем у прямого света, et затем начинает играть зигзагообразный свет . Au contraire, lorsque le coefficient d'absorption diminue avec la diminution de la concentration d'encre (par exemple, la concentration relative <1,28 × 10-5), l'intensité de la lumière en zigzag augmente plus rapidement que celle de la lumière directe, puis la lumière en zigzag commence à jouer.rôle plus important.相反，当吸收系数随着墨水浓度的降低而降低时（例如，相关浓度<1.28×10-5），Z字形光的强度比直光增加得更快，然后Z字形光开始发挥作用一个更重要的角色。<1,28 × 10-5） ， 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 重要 重要 更 更 更更 更 更 更 更 HI的角色。 И наоборот, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации черни л (например, соответствующая концентрация < 1,28×10-5), зигзагообразного света увеличивается быстрее, чем прямого, и тогда зигзагообразный свет начинает играть бо лее важную роль. Inversement, lorsque le coefficient d'absorption diminue avec la diminution de la concentration d'encre (par exemple, la concentration correspondante < 1,28×10-5), l'intensité de la lumière en zigzag augmente plus rapidement que la lumière directe, puis la lumière en zigzag commence à jouer un rôle plus important.personnage de rôle.Par conséquent, en raison du chemin optique en dents de scie (LOP » LC), l'AEF peut être augmenté bien au-delà de 7,0.Des caractéristiques précises de transmission de lumière de MWC peuvent être obtenues en utilisant la théorie des modes de guide d'ondes.
En plus d'améliorer le chemin optique, la commutation rapide des échantillons contribue également à des limites de détection ultra-basses.En raison du petit volume de MCC (0,16 ml), le temps nécessaire pour changer et changer de solution dans le MCC peut être inférieur à 20 secondes.Comme le montre la figure 5, la valeur minimale détectable d'AMWC (2,5 × 10–4) est 4 fois inférieure à celle d'Acuvette (1,0 × 10–3).La commutation rapide de la solution qui s'écoule dans le capillaire réduit l'effet du bruit du système (par exemple la dérive) sur la précision de la différence d'absorbance par rapport à la solution de rétention dans la cuvette.Par exemple, comme le montre la fig.3 (b) - (d), ΔV peut être facilement distingué d'un signal de dérive en raison de la commutation rapide de l'échantillon dans le capillaire de petit volume.
Comme le montre le tableau 2, une gamme de solutions de glucose à diverses concentrations ont été préparées en utilisant DI H2O comme solvant.Des échantillons colorés ou blancs ont été préparés en mélangeant une solution de glucose ou de l'eau déminéralisée avec des solutions chromogéniques de glucose oxydase (GOD) et de peroxydase (POD) 37 dans un rapport volumique fixe de 3:1, respectivement.Sur la fig.8 montre des photographies optiques de neuf échantillons colorés (S2-S10) avec des concentrations de glucose allant de 2,0 mM (gauche) à 5,12 nM (droite).La rougeur diminue avec la diminution de la concentration de glucose.
Les résultats des mesures des échantillons 4, 9 et 10 avec un photomètre basé sur MWC sont présentés sur les Fig.9(a)-(c), respectivement.Comme le montre la fig.9(c), le ΔV mesuré devient moins stable et augmente lentement pendant la mesure à mesure que la couleur du réactif GOD-POD lui-même (même sans ajouter de glucose) change lentement à la lumière.Ainsi, les mesures ΔV successives ne peuvent pas être répétées pour des échantillons dont la concentration en glucose est inférieure à 5,12 nM (échantillon 10), car lorsque ΔV est suffisamment petit, l'instabilité du réactif GOD-POD ne peut plus être négligée.Par conséquent, la limite de détection pour la solution de glucose est de 5,12 nM, bien que la valeur ΔV correspondante (0,52 µV) soit beaucoup plus grande que la valeur de bruit (0,03 µV), indiquant qu'un petit ΔV peut encore être détecté.Cette limite de détection peut encore être améliorée en utilisant des réactifs chromogéniques plus stables.
(a) Résultats de mesure pour l'échantillon 4, (b) l'échantillon 9 et (c) l'échantillon 10 à l'aide d'un photomètre basé sur MWC.
L'absorbance AMWC peut être calculée à l'aide des valeurs mesurées de Vcolor, Vblank et Vdark.Pour un photodétecteur avec un gain de 105 Vdark c'est -0.068 μV.Les mesures pour tous les échantillons peuvent être définies dans le matériel supplémentaire.À titre de comparaison, des échantillons de glucose ont également été mesurés avec un spectrophotomètre et l'absorbance mesurée d'Acuvette a atteint une limite de détection de 0,64 µM (échantillon 7) comme le montre la figure 10.
La relation entre l'absorbance et la concentration est présentée à la figure 11. Avec le photomètre à base de MWC, une amélioration de 125 fois de la limite de détection a été obtenue par rapport au spectrophotomètre à cuvette.Cette amélioration est inférieure au test à l'encre rouge en raison de la mauvaise stabilité du réactif GOD-POD.Une augmentation non linéaire de l'absorbance à de faibles concentrations a également été observée.
Le photomètre basé sur MWC a été développé pour la détection ultra-sensible d'échantillons liquides.Le chemin optique peut être considérablement augmenté et beaucoup plus long que la longueur physique du MWC, car la lumière diffusée par les parois latérales métalliques lisses ondulées peut être contenue dans le capillaire quel que soit l'angle d'incidence.Des concentrations aussi faibles que 5,12 nM peuvent être atteintes en utilisant des réactifs GOD-POD conventionnels grâce à une nouvelle amplification optique non linéaire et à une commutation rapide des échantillons et à la détection du glucose.Ce photomètre compact et peu coûteux sera largement utilisé dans les sciences de la vie et la surveillance environnementale pour l'analyse de traces.
Comme le montre la figure 1, le photomètre à base de MWC se compose d'un MWC de 7 cm de long (diamètre intérieur 1,7 mm, diamètre extérieur 3,18 mm, surface intérieure électropolie de classe EP, capillaire en acier inoxydable SUS316L), une LED de longueur d'onde de 505 nm (Thorlabs M505F1) et des lentilles (étalement du faisceau d'environ 6,6 degrés), un photodétecteur à gain variable (Thorlabs PDB450C) et deux connecteurs en T pour la communication optique et entrée/sortie de liquide.Le connecteur en T est fabriqué en collant une plaque de quartz transparente à un tube en PMMA dans lequel des tubes MWC et Peek (0,72 mm ID, 1,6 mm OD, Vici Valco Corp.) sont fermement insérés et collés.Une vanne à trois voies connectée au tube d'entrée Pike est utilisée pour commuter l'échantillon entrant.Le photodétecteur peut convertir la puissance optique reçue P en un signal de tension amplifié N×V (où V/P = 1,0 V/W à 1550 nm, le gain N peut être ajusté manuellement dans la plage de 103-107).Par souci de brièveté, V est utilisé au lieu de N×V comme signal de sortie.
En comparaison, un spectrophotomètre commercial (série Agilent Technologies Cary 300 avec photomultiplicateur haute efficacité R928) avec une cuvette de 1,0 cm a également été utilisé pour mesurer l'absorbance des échantillons liquides.
La surface interne de la coupe MWC a été examinée à l'aide d'un profileur de surface optique (ZYGO New View 5022) avec une résolution verticale et latérale de 0,1 nm et 0,11 µm, respectivement.
Tous les produits chimiques (qualité analytique, pas de purification supplémentaire) ont été achetés auprès de Sichuan Chuangke Biotechnology Co., Ltd. Les kits de test de glucose comprennent la glucose oxydase (GOD), la peroxydase (POD), la 4-aminoantipyrine et le phénol, etc. La solution chromogénique a été préparée par la méthode habituelle GOD-POD 37.
Comme le montre le tableau 2, une gamme de solutions de glucose à différentes concentrations a été préparée en utilisant DI H2O comme diluant en utilisant une méthode de dilution en série (voir Matériel supplémentaire pour plus de détails).Préparer des échantillons colorés ou vierges en mélangeant une solution de glucose ou de l'eau déionisée avec une solution chromogénique dans un rapport de volume fixe de 3:1, respectivement.Tous les échantillons ont été stockés à 37°C à l'abri de la lumière pendant 10 minutes avant la mesure.Dans la méthode GOD-POD, les échantillons colorés virent au rouge avec un maximum d'absorption à 505 nm, et l'absorption est presque proportionnelle à la concentration de glucose.
Comme le montre le tableau 1, une série de solutions d'encre rouge (Ostrich Ink Co., Ltd., Tianjin, Chine) ont été préparées par la méthode de dilution en série en utilisant DI H2O comme solvant.
Comment citer cet article : Bai, M. et al.Photomètre compact basé sur des capillaires guides d'ondes métalliques : pour la détermination des concentrations nanomolaires de glucose.la science.5, 10476. doi : 10.1038/srep10476 (2015).
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