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L'analisi delle tracce di campioni liquidi ha una vasta gamma di applicazioni nelle scienze della vita e nel monitoraggio ambientale.In questo lavoro, abbiamo sviluppato un fotometro compatto ed economico basato su capillari in guida d'onda metallica (MCC) per la determinazione ultrasensibile dell'assorbimento.Il percorso ottico può essere notevolmente aumentato e molto più lungo della lunghezza fisica del MWC, poiché la luce diffusa dalle pareti laterali metalliche lisce ondulate può essere contenuta all'interno del capillare indipendentemente dall'angolo di incidenza.Concentrazioni fino a 5,12 nM possono essere raggiunte utilizzando comuni reagenti cromogenici grazie alla nuova amplificazione ottica non lineare e al rapido cambio di campione e rilevamento del glucosio.
La fotometria è ampiamente utilizzata per l'analisi di tracce di campioni liquidi a causa dell'abbondanza di reagenti cromogenici disponibili e di dispositivi optoelettronici a semiconduttore1,2,3,4,5.Rispetto alla tradizionale determinazione dell'assorbanza basata su cuvette, i capillari a guida d'onda liquida (LWC) riflettono (TIR) ​​mantenendo la luce della sonda all'interno del capillare1,2,3,4,5.Tuttavia, senza ulteriori miglioramenti, il percorso ottico è solo vicino alla lunghezza fisica di LWC3.6 e l'aumento della lunghezza di LWC oltre 1,0 m risentirà di una forte attenuazione della luce e di un alto rischio di bolle, ecc.3, 7. Per quanto riguarda la cella multiriflessione proposta per i miglioramenti del percorso ottico, il limite di rilevamento è migliorato solo di un fattore di 2,5-8,9.
Esistono attualmente due tipi principali di LWC, vale a dire i capillari in Teflon AF (con un indice di rifrazione di solo ~1,3, che è inferiore a quello dell'acqua) e i capillari in silice rivestiti con Teflon AF o film metallici1,3,4.Per ottenere TIR all'interfaccia tra materiali dielettrici, sono necessari materiali con un basso indice di rifrazione e angoli di incidenza della luce elevati3,6,10.Rispetto ai capillari in Teflon AF, il Teflon AF è traspirante grazie alla sua struttura porosa3,11 e può assorbire piccole quantità di sostanze nei campioni d'acqua.Per i capillari di quarzo rivestiti esternamente con Teflon AF o metallo, l'indice di rifrazione del quarzo (1,45) è superiore a quello della maggior parte dei campioni liquidi (ad es. 1,33 per l'acqua)3,6,12,13.Per i capillari rivestiti con un film metallico all'interno, sono state studiate le proprietà di trasporto14,15,16,17,18, ma il processo di rivestimento è complicato, la superficie del film metallico ha una struttura ruvida e porosa4,19.
Inoltre, i LWC commerciali (AF Teflon Coated Capillaries e AF Teflon Coated Silica Capillaries, World Precision Instruments, Inc.) presentano alcuni altri svantaggi, come: per i guasti..L'ampio volume morto del connettore a T TIR3,10, (2) (per collegare capillari, fibre e tubi di ingresso/uscita) può intrappolare bolle d'aria10.
Allo stesso tempo, la determinazione dei livelli di glucosio è di grande importanza per la diagnosi di diabete, cirrosi epatica e malattie mentali20.e molti metodi di rilevamento come la fotometria (compresa la spettrofotometria 21, 22, 23, 24, 25 e la colorimetria su carta 26, 27, 28), la galvanometria 29, 30, 31, la fluorometria 32, 33, 34, 35, la polarimetria ottica 36 , la risonanza plasmonica di superficie.37, cavità Fabry-Perot 38, elettrochimica 39 ed elettroforesi capillare 40,41 e così via.Tuttavia, la maggior parte di questi metodi richiede apparecchiature costose e il rilevamento del glucosio a diverse concentrazioni nanomolari rimane una sfida (ad esempio, per le misurazioni fotometriche21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, la più bassa concentrazione di glucosio).la limitazione era di soli 30 nM quando le nanoparticelle di blu di Prussia venivano utilizzate come imitazioni della perossidasi).Le analisi del glucosio nanomolare sono spesso necessarie per studi cellulari a livello molecolare come l'inibizione della crescita del cancro alla prostata umana42 e il comportamento di fissazione della CO2 del Prochlorococcus nell'oceano.
In questo articolo, è stato sviluppato un fotometro compatto ed economico basato su un capillare a guida d'onda metallica (MWC), un capillare in acciaio inossidabile SUS316L con una superficie interna elettrolucidata, per la determinazione dell'assorbimento ultrasensibile.Poiché la luce può essere intrappolata all'interno di capillari metallici indipendentemente dall'angolo di incidenza, il percorso ottico può essere notevolmente aumentato dalla diffusione della luce su superfici metalliche ondulate e lisce ed è molto più lungo della lunghezza fisica del MWC.Inoltre, è stato progettato un semplice connettore a T per il collegamento ottico e l'ingresso/uscita del fluido per ridurre al minimo il volume morto ed evitare l'intrappolamento di bolle.Per il fotometro MWC da 7 cm, il limite di rilevamento è migliorato di circa 3000 volte rispetto allo spettrofotometro commerciale con cuvetta da 1 cm grazie al nuovo miglioramento del percorso ottico non lineare e al cambio rapido del campione, ed è anche possibile raggiungere la concentrazione di rilevamento del glucosio.solo 5,12 nM utilizzando i comuni reagenti cromogenici.
Come mostrato nella Figura 1, il fotometro basato su MWC è costituito da un MWC lungo 7 cm con una superficie interna elettrolucidata di grado EP, un LED da 505 nm con una lente, un fotorivelatore a guadagno regolabile e due per l'accoppiamento ottico e l'ingresso del liquido.Uscita.Una valvola a tre vie collegata al tubo di ingresso Pike viene utilizzata per commutare il campione in ingresso.Il tubo Peek si adatta perfettamente alla piastra di quarzo e al MWC, quindi il volume morto nel connettore a T è ridotto al minimo, prevenendo efficacemente l'intrappolamento di bolle d'aria.Inoltre, il raggio collimato può essere introdotto facilmente ed efficacemente nel MWC attraverso la piastra al quarzo con raccordo a T.
Il raggio e il campione di liquido vengono introdotti nell'MCC attraverso un raccordo a T e il raggio che passa attraverso l'MCC viene ricevuto da un fotorilevatore.Le soluzioni in entrata di campioni colorati o bianchi sono state introdotte alternativamente nell'ICC attraverso una valvola a tre vie.Secondo la legge di Beer, la densità ottica di un campione colorato può essere calcolata dall'equazione.1.10
dove Vcolore e Vvuoto sono rispettivamente i segnali di uscita del fotorilevatore quando i campioni colore e bianco vengono introdotti nell'MCC, e Vscuro è il segnale di sfondo del fotorivelatore quando il LED è spento.La variazione del segnale di uscita ΔV = Vcolor–Vblank può essere misurata cambiando i campioni.Secondo l'equazione.Come mostrato nella Figura 1, se ΔV è molto più piccolo di Vblank–Vdark, quando si utilizza uno schema di commutazione del campionamento, piccoli cambiamenti in Vblank (ad es. Deriva) possono avere scarso effetto sul valore AMWC.
Per confrontare le prestazioni del fotometro basato su MWC con lo spettrofotometro basato su cuvetta, è stata utilizzata una soluzione di inchiostro rosso come campione di colore a causa della sua eccellente stabilità del colore e della buona linearità concentrazione-assorbanza, DI H2O come campione bianco..Come mostrato nella Tabella 1, una serie di soluzioni di inchiostro rosso sono state preparate con il metodo di diluizione seriale usando DI H2O come solvente.La concentrazione relativa del campione 1 (S1), vernice rossa originale non diluita, è stata determinata come 1,0.Sulla fig.La Figura 2 mostra fotografie ottiche di 11 campioni di inchiostro rosso (da S4 a S14) con concentrazioni relative (elencate nella Tabella 1) che vanno da 8,0 × 10–3 (a sinistra) a 8,2 × 10–10 (a destra).
I risultati della misurazione per il campione 6 sono mostrati nelle Figg.3(a).I punti di commutazione tra campioni colorati e bianchi sono contrassegnati nella figura da doppie frecce "↔".Si può vedere che la tensione di uscita aumenta rapidamente quando si passa dai campioni di colore ai campioni bianchi e viceversa.Vcolor, Vblank e il corrispondente ΔV possono essere ottenuti come mostrato in figura.
(a) Risultati della misurazione per il campione 6, (b) campione 9, (c) campione 13 e (d) campione 14 utilizzando un fotometro basato su MWC.
I risultati della misurazione per i campioni 9, 13 e 14 sono mostrati nelle Figg.3(b)-(d), rispettivamente.Come mostrato nella Figura 3 (d), il ΔV misurato è solo 5 nV, che è quasi 3 volte il valore del rumore (2 nV).Un piccolo ΔV è difficile da distinguere dal rumore.Pertanto, il limite di rilevamento ha raggiunto una concentrazione relativa di 8,2 × 10-10 (campione 14).Con l'aiuto delle equazioni.1. L'assorbanza AMWC può essere calcolata dai valori Vcolor, Vblank e Vdark misurati.Per un fotorilevatore con un guadagno di 104 Vdark è -0,68 μV.I risultati delle misurazioni per tutti i campioni sono riassunti nella Tabella 1 e possono essere trovati nel materiale supplementare.Come mostrato nella Tabella 1, l'assorbanza trovata ad alte concentrazioni satura, quindi l'assorbanza superiore a 3,7 non può essere misurata con spettrometri basati su MWC.
Per confronto, un campione di inchiostro rosso è stato misurato anche con uno spettrofotometro e l'assorbanza Acuvette misurata è mostrata nella Figura 4. I valori Acuvette a 505 nm (come mostrato nella Tabella 1) sono stati ottenuti facendo riferimento alle curve dei campioni 10, 11 o 12 (come mostrato nel riquadro).alla Fig. 4) come riferimento.Come mostrato, il limite di rilevamento ha raggiunto una concentrazione relativa di 2,56 x 10-6 (campione 9) perché le curve di assorbimento dei campioni 10, 11 e 12 erano indistinguibili l'una dall'altra.Pertanto, quando si utilizza il fotometro basato su MWC, il limite di rilevamento è stato migliorato di un fattore 3125 rispetto allo spettrofotometro basato su cuvette.
La dipendenza assorbimento-concentrazione è presentata in Fig.5.Per le misurazioni in cuvetta, l'assorbanza è proporzionale alla concentrazione dell'inchiostro a una lunghezza del percorso di 1 cm.Considerando che, per le misurazioni basate su MWC, è stato osservato un aumento non lineare dell'assorbanza a basse concentrazioni.Secondo la legge di Beer, l'assorbanza è proporzionale alla lunghezza del percorso ottico, quindi il guadagno di assorbimento AEF (definito come AEF = AMWC/Acuvette alla stessa concentrazione di inchiostro) è il rapporto tra MWC e la lunghezza del percorso ottico della cuvetta.Come mostrato nella Figura 5, ad alte concentrazioni, l'AEF costante è di circa 7,0, il che è ragionevole poiché la lunghezza del MWC è esattamente 7 volte la lunghezza di una cuvetta da 1 cm. Tuttavia, a basse concentrazioni (concentrazione correlata <1,28 × 10-5), l'AEF aumenta con la diminuzione della concentrazione e raggiungerebbe un valore di 803 alla concentrazione correlata di 8,2 × 10-10 estrapolando la curva della misurazione basata su cuvette. Tuttavia, a basse concentrazioni (concentrazione correlata <1,28 × 10-5), l'AEF aumenta con la diminuzione della concentrazione e raggiungerebbe un valore di 803 alla concentrazione correlata di 8,2 × 10-10 estrapolando la curva della misurazione basata su cuvette. Однако при низких концентрациях (относительная концентрация <1,28 × 10–5) AEF увеличивается с уменьшением концентраци è possibile utilizzare il formato 803 per il controllo esterno 8,2 × 10–10 per la registrazione dell'immagine sull'ambiente e кюветы. Tuttavia, a basse concentrazioni (concentrazione relativa <1,28 × 10–5), l'AEF aumenta con la diminuzione della concentrazione e può raggiungere un valore di 803 a una concentrazione relativa di 8,2 × 10–10 se estrapolato da una curva di misurazione basata su 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 (rilevante концентрации < 1,28 × 10-5) АЭП увеличивается с уменьшением концент рации, и при экстраполяции кривой измерения на основе кюветы она достигает значения относительной концентрации 8,2 × 10–1 0 803 . Tuttavia, a basse concentrazioni (concentrazioni rilevanti < 1,28 × 10-5) l'AED aumenta al diminuire della concentrazione e, se estrapolato da una curva di misurazione basata su cuvette, raggiunge un valore di concentrazione relativo di 8,2 × 10–10 803 .Ciò si traduce in un percorso ottico corrispondente di 803 cm (AEF × 1 cm), che è molto più lungo della lunghezza fisica del MWC e persino più lungo del LWC più lungo disponibile in commercio (500 cm da World Precision Instruments, Inc.).Doko Engineering LLC ha una lunghezza di 200 cm).Questo aumento non lineare dell'assorbimento nel LWC non è stato riportato in precedenza.
Sulla fig.6(a)-(c) mostrano rispettivamente un'immagine ottica, un'immagine al microscopio e un'immagine del profilatore ottico della superficie interna della sezione MWC.Come mostrato in fig.6(a), la superficie interna è liscia e lucente, può riflettere la luce visibile ed è altamente riflettente.Come mostrato in fig.6(b), a causa della deformabilità e della natura cristallina del metallo, sulla superficie liscia compaiono piccole mesa e irregolarità. In considerazione della piccola area (<5 μm × 5 μm), la rugosità della maggior parte della superficie è inferiore a 1,2 nm (Fig. 6 (c)). In vista di una piccola area (<5 μm × 5 μm), la rugosità della maggior parte della superficie è inferiore a 1,2 nm (Fig. 6 (c)). Con un diametro di circa 5 mm × 5 mm, la larghezza massima della bobina è di circa 1,2 nm (ris. 6 (volume)). A causa della piccola area (<5 µm × 5 µm), la rugosità della maggior parte della superficie è inferiore a 1,2 nm (Fig. 6 (c)).考虑到小面积（<5 μm×5 μm），大多数表面的粗糙度小于1.2 nm（图6（c））。考虑到小面积（<5 μm×5 μm），大多数表面的粗糙度小于1.2 nm（图6（c））。 Учитывая небольшую площадь (<5 мкм × 5 мкм), шероховатость большинства поверхностей составляет менее 1,2 nm (рис. 6(в)). Considerando la piccola area (<5 µm × 5 µm), la rugosità della maggior parte delle superfici è inferiore a 1,2 nm (Fig. 6 (c)).
(a) Immagine ottica, (b) immagine al microscopio e (c) immagine ottica della superficie interna del taglio MWC.
Come mostrato in fig.7(a), il percorso ottico LOP nel capillare è determinato dall'angolo di incidenza θ (LOP = LC/sinθ, dove LC è la lunghezza fisica del capillare).Per i capillari Teflon AF riempiti con DI H2O, l'angolo di incidenza deve essere maggiore dell'angolo critico di 77,8°, quindi il LOP è inferiore a 1,02 × LC senza ulteriore miglioramento3.6.Considerando che, con MWC, il confinamento della luce all'interno del capillare è indipendente dall'indice di rifrazione o dall'angolo di incidenza, quindi al diminuire dell'angolo di incidenza, il percorso della luce può essere molto più lungo della lunghezza del capillare (LOP »LC).Come mostrato in fig.7(b), la superficie metallica ondulata può indurre la diffusione della luce, che può aumentare notevolmente il percorso ottico.
Pertanto, ci sono due percorsi di luce per MWC: luce diretta senza riflessione (LOP = LC) e luce a dente di sega con riflessioni multiple tra le pareti laterali (LOP » LC).Secondo la legge di Beer, l'intensità della luce diretta e a zig-zag trasmessa può essere espressa rispettivamente come PS×exp(-α×LC) e PZ×exp(-α×LOP), dove la costante α è il coefficiente di assorbimento, che dipende interamente dalla concentrazione dell'inchiostro.
Per inchiostro ad alta concentrazione (ad esempio, concentrazione relativa >1,28 × 10-5), la luce a zig-zag è altamente attenuata e la sua intensità è molto inferiore a quella della luce diretta, a causa del grande coefficiente di assorbimento e del suo percorso ottico molto più lungo. Per inchiostro ad alta concentrazione (ad esempio, concentrazione relativa >1,28 × 10-5), la luce a zig-zag è altamente attenuata e la sua intensità è molto inferiore a quella della luce diretta, a causa del grande coefficiente di assorbimento e del suo percorso ottico molto più lungo. Для чернил с высокой концентрацией (ad esempio, относительная концентрация >1,28 × 10-5) зигзагообразный свет сильно затухает, а его интенсивность намного ниже, чем у прямого света, из-за большого коэффициента поглощения и гораздо более длинного оптического излучения. Per inchiostri ad alta concentrazione (es. concentrazione relativa >1.28×10-5), la luce a zig-zag è fortemente attenuata e la sua intensità è molto inferiore a quella della luce diretta a causa dell'elevato coefficiente di assorbimento e dell'emissione ottica molto più lunga.traccia.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 低于 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Per il nero con il contrasto variabile (nell'esempio, il contrasto rilevante >1,28×10-5) no ослабляется, и его интенсивность намного ниже, чем у прямого света из-за большого коэффициента поглощен ия и более длительного оптического времени. Per inchiostri ad alta concentrazione (ad esempio, concentrazioni rilevanti >1,28×10-5), la luce a zigzag è significativamente attenuata e la sua intensità è molto inferiore a quella della luce diretta a causa dell'elevato coefficiente di assorbimento e del tempo ottico più lungo.piccola strada.Pertanto, la luce diretta ha dominato la determinazione dell'assorbanza (LOP=LC) e l'AEF è stato mantenuto costante a ~7,0. Al contrario, quando il coefficiente di assorbimento diminuisce con la diminuzione della concentrazione di inchiostro (ad esempio, concentrazione relativa <1,28 × 10-5), l'intensità della luce a zigzag aumenta più rapidamente di quella della luce diretta e quindi la luce a zigzag inizia a svolgere un ruolo più importante. Al contrario, quando il coefficiente di assorbimento diminuisce con la diminuzione della concentrazione di inchiostro (ad esempio, concentrazione relativa <1,28 × 10-5), l'intensità della luce a zigzag aumenta più rapidamente di quella della luce diretta e quindi la luce a zigzag inizia a svolgere un ruolo più importante. Напротив, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чернил (ad esempio, относительная концентрация <1,28 × 10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличивается быстрее, чем у прямого света, и зат ем начинает играть зигзагообразный свет. Al contrario, quando il coefficiente di assorbimento diminuisce al diminuire della concentrazione di inchiostro (ad esempio, la concentrazione relativa <1,28×10-5), l'intensità della luce a zigzag aumenta più velocemente di quella della luce diretta, e quindi la luce a zigzag inizia a suonare.ruolo più importante.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。相反 ， 当 吸收 系数 随着 墨水 的 降低 而 降低 时 例如 例如 ， 相关 浓度 浓度 <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。 E наоборот, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чернил (например, соответству ющая концентрация < 1,28×10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличивается быстрее, чем прямого, и тогда зигзагообразный свет начинает играть более важную роль. Viceversa, quando il coefficiente di assorbimento diminuisce al diminuire della concentrazione di inchiostro (ad esempio, la concentrazione corrispondente < 1,28×10-5), l'intensità della luce a zigzag aumenta più velocemente della luce diretta, e quindi la luce a zigzag inizia a svolgere un ruolo più importante.carattere di ruolo.Pertanto, grazie al percorso ottico a dente di sega (LOP »LC), l'AEF può essere aumentato molto più di 7,0.Le caratteristiche precise di trasmissione della luce di MWC possono essere ottenute utilizzando la teoria della modalità di guida d'onda.
Oltre a migliorare il percorso ottico, la rapida commutazione del campione contribuisce anche a limiti di rilevamento estremamente bassi.A causa del piccolo volume di MCC (0,16 ml), il tempo necessario per cambiare e sostituire le soluzioni in MCC può essere inferiore a 20 secondi.Come mostrato nella Figura 5, il valore minimo rilevabile di AMWC (2,5 × 10–4) è 4 volte inferiore a quello di Acuvette (1,0 × 10–3).La rapida commutazione della soluzione fluente nel capillare riduce l'effetto del rumore del sistema (ad es. deriva) sull'accuratezza della differenza di assorbanza rispetto alla soluzione di ritenzione nella cuvetta.Ad esempio, come mostrato in fig.3 (b) - (d), ΔV può essere facilmente distinto da un segnale di deriva a causa della rapida commutazione del campione nel capillare di piccolo volume.
Come mostrato nella Tabella 2, è stata preparata una gamma di soluzioni di glucosio a varie concentrazioni utilizzando DI H2O come solvente.I campioni colorati o bianchi sono stati preparati miscelando soluzione di glucosio o acqua deionizzata con soluzioni cromogeniche di glucosio ossidasi (GOD) e perossidasi (POD) 37 in un rapporto volumetrico fisso di 3:1, rispettivamente.Sulla fig.8 mostra fotografie ottiche di nove campioni colorati (S2-S10) con concentrazioni di glucosio comprese tra 2,0 mM (a sinistra) e 5,12 nM (a destra).Il rossore diminuisce con la diminuzione della concentrazione di glucosio.
I risultati delle misurazioni dei campioni 4, 9 e 10 con un fotometro basato su MWC sono mostrati nelle Figg.9(a)-(c), rispettivamente.Come mostrato in fig.9(c), il ΔV misurato diventa meno stabile e aumenta lentamente durante la misurazione poiché il colore del reagente GOD-POD stesso (anche senza l'aggiunta di glucosio) cambia lentamente alla luce.Pertanto, le successive misurazioni di ΔV non possono essere ripetute per campioni con una concentrazione di glucosio inferiore a 5,12 nM (campione 10), perché quando ΔV è sufficientemente piccolo, l'instabilità del reagente GOD-POD non può più essere trascurata.Pertanto, il limite di rilevamento per la soluzione di glucosio è 5,12 nM, sebbene il corrispondente valore ΔV (0,52 µV) sia molto più grande del valore del rumore (0,03 µV), indicando che è ancora possibile rilevare un piccolo ΔV.Questo limite di rilevabilità può essere ulteriormente migliorato utilizzando reagenti cromogenici più stabili.
(a) Risultati della misurazione per il campione 4, (b) campione 9 e (c) campione 10 utilizzando un fotometro basato su MWC.
L'assorbanza AMWC può essere calcolata utilizzando i valori Vcolor, Vblank e Vdark misurati.Per un fotorilevatore con un guadagno di 105 Vdark è -0,068 μV.Le misurazioni per tutti i campioni possono essere impostate nel materiale supplementare.Per confronto, i campioni di glucosio sono stati misurati anche con uno spettrofotometro e l'assorbanza misurata di Acuvette ha raggiunto un limite di rilevazione di 0,64 µM (campione 7) come mostrato nella Figura 10.
La relazione tra assorbanza e concentrazione è presentata nella Figura 11. Con il fotometro basato su MWC, è stato ottenuto un miglioramento di 125 volte nel limite di rilevamento rispetto allo spettrofotometro basato su cuvetta.Questo miglioramento è inferiore rispetto al test con inchiostro rosso a causa della scarsa stabilità del reagente GOD-POD.È stato anche osservato un aumento non lineare dell'assorbanza a basse concentrazioni.
Il fotometro basato su MWC è stato sviluppato per il rilevamento ultrasensibile di campioni liquidi.Il percorso ottico può essere notevolmente aumentato e molto più lungo della lunghezza fisica del MWC, poiché la luce diffusa dalle pareti laterali metalliche lisce ondulate può essere contenuta all'interno del capillare indipendentemente dall'angolo di incidenza.Concentrazioni fino a 5,12 nM possono essere raggiunte utilizzando reagenti GOD-POD convenzionali grazie alla nuova amplificazione ottica non lineare e alla rapida commutazione del campione e rilevamento del glucosio.Questo fotometro compatto ed economico sarà ampiamente utilizzato nelle scienze della vita e nel monitoraggio ambientale per l'analisi delle tracce.
Come mostrato nella Figura 1, il fotometro basato su MWC è costituito da un MWC lungo 7 cm (diametro interno 1,7 mm, diametro esterno 3,18 mm, superficie interna elettrolucidata di classe EP, capillare in acciaio inossidabile SUS316L), un LED con lunghezza d'onda di 505 nm (Thorlabs M505F1) e lenti (apertura del fascio di circa 6,6 gradi), fotorilevatore a guadagno variabile (Thorlabs PDB450C) e due connettori a T per comunicazione e liquido in/out.Il connettore a T è realizzato legando una lastra di quarzo trasparente a un tubo in PMMA in cui i tubi MWC e Peek (0,72 mm ID, 1,6 mm OD, Vici Valco Corp.) sono saldamente inseriti e incollati.Una valvola a tre vie collegata al tubo di ingresso Pike viene utilizzata per commutare il campione in ingresso.Il fotorilevatore può convertire la potenza ottica ricevuta P in un segnale di tensione amplificato N×V (dove V/P = 1,0 V/W a 1550 nm, il guadagno N può essere regolato manualmente nell'intervallo 103-107).Per brevità, V è usato invece di N×V come segnale di uscita.
In confronto, per misurare l'assorbanza dei campioni liquidi è stato utilizzato anche uno spettrofotometro commerciale (serie Agilent Technologies Cary 300 con fotomoltiplicatore ad alta efficienza R928) con una cuvetta da 1,0 cm.
La superficie interna del taglio MWC è stata esaminata utilizzando un profilatore di superficie ottica (ZYGO New View 5022) con una risoluzione verticale e laterale rispettivamente di 0,1 nm e 0,11 µm.
Tutti i prodotti chimici (grado analitico, nessuna ulteriore purificazione) sono stati acquistati da Sichuan Chuangke Biotechnology Co., Ltd. I kit per il test del glucosio includono glucosio ossidasi (GOD), perossidasi (POD), 4-aminoantipirina e fenolo, ecc. La soluzione cromogenica è stata preparata con il solito metodo GOD-POD 37.
Come mostrato nella Tabella 2, è stata preparata una gamma di soluzioni di glucosio a varie concentrazioni utilizzando DI H2O come diluente utilizzando un metodo di diluizione seriale (vedere Materiali supplementari per i dettagli).Preparare campioni colorati o bianchi mescolando la soluzione di glucosio o l'acqua deionizzata con la soluzione cromogenica in un rapporto volumetrico fisso di 3:1, rispettivamente.Tutti i campioni sono stati conservati a 37°C al riparo dalla luce per 10 minuti prima della misurazione.Nel metodo GOD-POD, i campioni colorati diventano rossi con un massimo di assorbimento a 505 nm e l'assorbimento è quasi proporzionale alla concentrazione di glucosio.
Come mostrato nella Tabella 1, una serie di soluzioni di inchiostro rosso (Ostrich Ink Co., Ltd., Tianjin, Cina) sono state preparate con il metodo di diluizione seriale utilizzando DI H2O come solvente.
Come citare questo articolo: Bai, M. et al.Fotometro compatto basato su capillari in guida d'onda metallica: per la determinazione di concentrazioni nanomolari di glucosio.la scienza.5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
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