Bedankt voor uw bezoek aan Nature.com.De browserversie die u gebruikt heeft beperkte CSS-ondersteuning.Voor de beste ervaring raden we u aan een bijgewerkte browser te gebruiken (of Compatibiliteitsmodus uit te schakelen in Internet Explorer).In de tussentijd zullen we, om voortdurende ondersteuning te garanderen, de site weergeven zonder stijlen en JavaScript.
Sporenanalyse van vloeistofmonsters heeft een breed scala aan toepassingen in de life sciences en milieumonitoring.In dit werk hebben we een compacte en goedkope fotometer ontwikkeld op basis van metalen golfgeleidercapillairen (MCC's) voor ultragevoelige bepaling van absorptie.Het optische pad kan aanzienlijk worden vergroot, en veel langer dan de fysieke lengte van de MWC, omdat licht dat door de gegolfde, gladde metalen zijwanden wordt verstrooid, in het capillair kan worden gehouden, ongeacht de invalshoek.Concentraties zo laag als 5,12 nM kunnen worden bereikt met behulp van gewone chromogene reagentia dankzij nieuwe niet-lineaire optische versterking en snelle monsterwisseling en glucosedetectie.
Fotometrie wordt veel gebruikt voor sporenanalyse van vloeistofmonsters vanwege de overvloed aan beschikbare chromogene reagentia en opto-elektronische halfgeleiderapparaten1,2,3,4,5.Vergeleken met traditionele op cuvetten gebaseerde absorptiebepaling, reflecteren vloeistofgolfgeleider (LWC) capillairen (TIR) ​​door het sondelicht in het capillair te houden1,2,3,4,5.Zonder verdere verbetering ligt het optische pad echter slechts dicht bij de fysieke lengte van LWC3.6, en het vergroten van de LWC-lengte tot meer dan 1,0 m zal leiden tot sterke lichtverzwakking en een hoog risico op luchtbellen, enz.3, 7. Met betrekking tot de voorgestelde multi-reflectiecel voor optische padverbeteringen wordt de detectielimiet slechts verbeterd met een factor 2,5-8,9.
Er zijn momenteel twee hoofdtypen LWC, namelijk Teflon AF-capillairen (met een brekingsindex van slechts ~1,3, wat lager is dan die van water) en silica-capillairen gecoat met Teflon AF of metaalfilms1,3,4.Om TIR op het grensvlak tussen diëlektrische materialen te bereiken, zijn materialen met een lage brekingsindex en hoge lichtinvalshoeken vereist3,6,10.Met betrekking tot Teflon AF-capillairen is Teflon AF ademend vanwege de poreuze structuur3,11 en kan het kleine hoeveelheden stoffen in watermonsters absorberen.Voor kwartscapillairen die aan de buitenzijde zijn gecoat met Teflon AF of metaal, is de brekingsindex van kwarts (1,45) hoger dan die van de meeste vloeistofmonsters (bijv. 1,33 voor water)3,6,12,13.Voor capillairen die zijn gecoat met een metaalfilm aan de binnenkant, zijn de transporteigenschappen bestudeerd14,15,16,17,18, maar het coatingproces is ingewikkeld, het oppervlak van de metaalfilm heeft een ruwe en poreuze structuur4,19.
Bovendien hebben commerciële LWC's (AF Teflon Coated Capillaries en AF Teflon Coated Silica Capillaries, World Precision Instruments, Inc.) enkele andere nadelen, zoals: voor fouten..Het grote dode volume van de TIR3,10, (2) T-connector (om capillairen, vezels en inlaat-/uitlaatbuizen aan te sluiten) kan luchtbellen vasthouden10.
Tegelijkertijd is de bepaling van het glucosegehalte van groot belang voor de diagnose van diabetes, levercirrose en geestesziekte20.en veel detectiemethoden zoals fotometrie (inclusief spectrofotometrie 21, 22, 23, 24, 25 en colorimetrie op papier 26, 27, 28), galvanometrie 29, 30, 31, fluorometrie 32, 33, 34, 35, optische polarimetrie 36, oppervlakte-plasmonresonantie.37, Fabry-Perot caviteit 38, elektrochemie 39 en capillaire elektroforese 40,41 enzovoort.De meeste van deze methoden vereisen echter dure apparatuur en detectie van glucose bij verschillende nanomolaire concentraties blijft een uitdaging (bijvoorbeeld voor fotometrische metingen21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, de laagste glucoseconcentratie).de beperking was slechts 30 nM wanneer Pruisisch blauwe nanodeeltjes werden gebruikt als peroxidase-nabootsers).Nanomolaire glucoseanalyses zijn vaak nodig voor cellulaire studies op moleculair niveau, zoals remming van de groei van prostaatkanker bij de mens42 en het CO2-fixatiegedrag van Prochlorococcus in de oceaan.
In dit artikel is een compacte, goedkope fotometer ontwikkeld op basis van een metal waveguide capillary (MWC), een SUS316L roestvrijstalen capillair met een elektrolytisch gepolijst binnenoppervlak, voor ultragevoelige absorptiebepaling.Omdat licht ongeacht de invalshoek in metalen capillairen kan worden opgesloten, kan het optische pad aanzienlijk worden vergroot door lichtverstrooiing op gegolfde en gladde metalen oppervlakken, en is het veel langer dan de fysieke lengte van de MWC.Bovendien is een eenvoudige T-connector ontworpen voor de optische verbinding en de vloeistofinlaat/-uitlaat om het dode volume te minimaliseren en het insluiten van luchtbellen te voorkomen.Voor de MWC-fotometer van 7 cm is de detectielimiet ongeveer 3000 keer verbeterd in vergelijking met de commerciële spectrofotometer met cuvette van 1 cm dankzij de nieuwe verbetering van het niet-lineaire optische pad en snelle monsterwisseling, en de glucosedetectieconcentratie kan ook worden bereikt.slechts 5,12 nM met behulp van gewone chromogene reagentia.
Zoals weergegeven in afbeelding 1, bestaat de op MWC gebaseerde fotometer uit een 7 cm lange MWC met een EP-kwaliteit elektrolytisch gepolijst binnenoppervlak, een 505 nm LED met een lens, een fotodetector met instelbare versterking en twee voor optische koppeling en vloeistofinvoer.Uitgang.Een driewegklep aangesloten op de Pike-inlaatbuis wordt gebruikt om het binnenkomende monster te schakelen.De Peek-buis past goed tegen de kwartsplaat en MWC, zodat het dode volume in de T-connector tot een minimum wordt beperkt, waardoor luchtbellen effectief worden voorkomen.Bovendien kan de gecollimeerde straal eenvoudig en efficiënt in de MWC worden ingebracht via de T-stuk kwartsplaat.
De straal en het vloeistofmonster worden via een T-stuk in de MCC gebracht en de straal die door de MCC gaat, wordt opgevangen door een fotodetector.Inkomende oplossingen van gekleurde of blanco monsters werden afwisselend in de ICC gebracht via een driewegklep.Volgens de wet van Beer kan de optische dichtheid van een gekleurd monster uit de vergelijking worden berekend.1.10
waarbij Vcolor en Vblank de uitvoersignalen zijn van de fotodetector wanneer respectievelijk kleur- en blanco monsters in de MCC worden geïntroduceerd, en Vdark het achtergrondsignaal is van de fotodetector wanneer de LED is uitgeschakeld.De verandering in het uitgangssignaal AV = Vkleur–Vblank kan worden gemeten door monsters te wisselen.Volgens de vergelijking.Zoals weergegeven in figuur 1, als AV veel kleiner is dan Vblank-Vdark, kunnen kleine veranderingen in Vblank (bijv. drift) bij gebruik van een bemonsteringsschakelschema weinig effect hebben op de AMWC-waarde.
Om de prestaties van de op MWC gebaseerde fotometer te vergelijken met de op cuvetten gebaseerde spectrofotometer, werd een rode inktoplossing als kleurmonster gebruikt vanwege de uitstekende kleurstabiliteit en goede concentratie-absorptielineariteit, DI H2O als een blanco monster..Zoals getoond in Tabel 1, werd een reeks rode inktoplossingen bereid door de seriële verdunningsmethode met gebruik van DI H2O als oplosmiddel.De relatieve concentratie van monster 1 (S1), onverdunde originele rode verf, werd bepaald als 1,0.Op afb.Afbeelding 2 toont optische foto's van 11 rode-inktmonsters (S4 tot S14) met relatieve concentraties (vermeld in tabel 1) variërend van 8,0 × 10–3 (links) tot 8,2 × 10–10 (rechts).
De meetresultaten voor monster 6 worden getoond in Fig.3(a).De schakelpunten tussen gekleurde en blanco monsters zijn in de figuur gemarkeerd met dubbele pijlen "↔".Te zien is dat de uitgangsspanning snel toeneemt bij het overschakelen van kleurmonsters naar blanco monsters en vice versa.Vcolor, Vblank en de bijbehorende AV kunnen worden verkregen zoals weergegeven in de afbeelding.
(a) Meetresultaten voor monster 6, (b) monster 9, (c) monster 13 en (d) monster 14 met behulp van een MWC-gebaseerde fotometer.
De meetresultaten voor monsters 9, 13 en 14 worden getoond in Fig.3(b)-(d), respectievelijk.Zoals getoond in figuur 3(d), is de gemeten AV slechts 5 nV, wat bijna 3 keer de ruiswaarde is (2 nV).Een kleine AV is moeilijk te onderscheiden van ruis.De detectiegrens bereikte dus een relatieve concentratie van 8,2 x 10-10 (monster 14).Met behulp van vergelijkingen.1. AMWC-absorptie kan worden berekend uit gemeten Vcolor-, Vblank- en Vdark-waarden.Voor een fotodetector met een versterking van 104 V is donker -0,68 μV.De meetresultaten voor alle monsters zijn samengevat in tabel 1 en zijn te vinden in het aanvullende materiaal.Zoals weergegeven in tabel 1, verzadigt de absorptie die wordt gevonden bij hoge concentraties, dus absorptie boven 3,7 kan niet worden gemeten met op MWC gebaseerde spectrometers.
Ter vergelijking werd ook een rode inktmonster gemeten met een spectrofotometer en de gemeten Acuvette-absorptie wordt weergegeven in figuur 4. De Acuvette-waarden bij 505 nm (zoals weergegeven in tabel 1) werden verkregen door te verwijzen naar de curven van monsters 10, 11 of 12 (zoals weergegeven in de inzet).tot Fig. 4) als basislijn.Zoals getoond bereikte de detectiegrens een relatieve concentratie van 2,56 x 10-6 (monster 9) omdat de absorptiecurven van monsters 10, 11 en 12 niet van elkaar te onderscheiden waren.Zo werd bij gebruik van de op MWC gebaseerde fotometer de detectielimiet met een factor 3125 verbeterd in vergelijking met de op cuvetten gebaseerde spectrofotometer.
Afhankelijkheid absorptie-concentratie wordt gepresenteerd in Fig.5.Voor cuvettenmetingen is de absorptie evenredig met de inktconcentratie bij een weglengte van 1 cm.Terwijl voor MWC-gebaseerde metingen een niet-lineaire toename in absorptie werd waargenomen bij lage concentraties.Volgens de wet van Beer is de absorptie evenredig met de optische weglengte, dus de absorptieversterking AEF (gedefinieerd als AEF = AMWC/Acuvette bij dezelfde inktconcentratie) is de verhouding tussen MWC en de optische weglengte van de cuvet.Zoals weergegeven in figuur 5, is de constante AEF bij hoge concentraties ongeveer 7,0, wat redelijk is aangezien de lengte van de MWC precies 7 keer de lengte is van een cuvet van 1 cm. Bij lage concentraties (gerelateerde concentratie <1,28 x 10-5) neemt de AEF echter toe met afnemende concentratie en zou een waarde van 803 bereiken bij een gerelateerde concentratie van 8,2 x 10-10 door extrapolatie van de curve van op cuvetten gebaseerde metingen. Bij lage concentraties (gerelateerde concentratie <1,28 x 10-5) neemt de AEF echter toe met afnemende concentratie en zou een waarde van 803 bereiken bij een gerelateerde concentratie van 8,2 x 10-10 door extrapolatie van de curve van op cuvetten gebaseerde metingen. AEF-weergave van de AEF-modus 803 при относительной 8,2 × 10–10 при эк gebruik het apparaat op het apparaat. Bij lage concentraties (relatieve concentratie <1,28 × 10–5) neemt de AEF echter toe met afnemende concentratie en kan een waarde van 803 bereiken bij een relatieve concentratie van 8,2 × 10–10 wanneer deze wordt geëxtrapoleerd uit een op cuvetten gebaseerde meetcurve.然而在低浓度（相关浓度<1.28 × 10-5）下，AEF 随着浓度的降低增加,并且通过外推基于比5.2 × 10-10 时将达到803 的值。， 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。 Bekijk de instellingen van het scherm (formaat < 1,28 × 10-5) de kosten van het onderhoud en de kosten van het afhandelen van de kosten van het bedrijf . Bij lage concentraties (relevante concentraties < 1,28 × 10-5) neemt de AED echter toe met afnemende concentratie, en bij extrapolatie van een op cuvetten gebaseerde meetcurve bereikt deze een relatieve concentratiewaarde van 8,2 × 10–10 803 .Dit resulteert in een overeenkomstig optisch pad van 803 cm (AEF × 1 cm), wat veel langer is dan de fysieke lengte van de MWC, en zelfs langer dan de langste in de handel verkrijgbare LWC (500 cm van World Precision Instruments, Inc.).Doko Engineering LLC heeft een lengte van 200 cm).Deze niet-lineaire toename van de absorptie in de LWC is niet eerder gemeld.
Op afb.6(a)-(c) tonen respectievelijk een optisch beeld, een microscoopbeeld en een optisch profielbeeld van het binnenoppervlak van de MWC-sectie.Zoals weergegeven in afb.6(a), het binnenoppervlak is glad en glanzend, kan zichtbaar licht reflecteren en is sterk reflecterend.Zoals weergegeven in afb.6(b), als gevolg van de vervormbaarheid en kristallijne aard van het metaal, verschijnen kleine mesa's en onregelmatigheden op het gladde oppervlak. Gezien het kleine gebied (<5 μm × 5 μm) is de ruwheid van het meeste oppervlak minder dan 1,2 nm (Fig. 6(c)). Gezien een klein gebied (<5 μm × 5 μm) is de ruwheid van het meeste oppervlak minder dan 1,2 nm (Fig. 6(c)). Voor de beste prijs (<5 m×5 m) is het mogelijk om de kosten van het programma te wijzigen ongeveer 1,2 maanden (6(в)). Vanwege het kleine gebied (<5 µm × 5 µm) is de ruwheid van het grootste deel van het oppervlak minder dan 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））。 Gebruik een apparaat (<5 m² × 5 m²), verwijder de inhoud van het programma ongeveer 1,2 naar (6(в)). Gezien het kleine gebied (<5 µm × 5 µm), is de ruwheid van de meeste oppervlakken minder dan 1,2 nm (Fig. 6(c)).
(a) Optisch beeld, (b) microscoopbeeld en (c) optisch beeld van het binnenoppervlak van de MWC-snede.
Zoals weergegeven in afb.7(a), wordt het optische pad LOP in het capillair bepaald door de invalshoek θ (LOP = LC/sinθ, waarbij LC de fysieke lengte van het capillair is).Voor Teflon AF-capillairen gevuld met DI H2O moet de invalshoek groter zijn dan de kritische hoek van 77,8°, dus de LOP is minder dan 1,02 × LC zonder verdere verbetering3.6.Terwijl bij MWC de opsluiting van licht in het capillair onafhankelijk is van de brekingsindex of de invalshoek, kan het lichtpad veel langer zijn dan de lengte van het capillair (LOP »LC) naarmate de invalshoek afneemt.Zoals weergegeven in afb.7(b), kan het gegolfde metalen oppervlak lichtverstrooiing veroorzaken, wat het optische pad aanzienlijk kan vergroten.
Daarom zijn er twee lichtpaden voor MWC: direct licht zonder reflectie (LOP = LC) en zaagtandlicht met meervoudige reflecties tussen de zijwanden (LOP »LC).Volgens de wet van Beer kan de intensiteit van het uitgezonden directe en zigzaglicht worden uitgedrukt als respectievelijk PS×exp(-α×LC) en PZ×exp(-α×LOP), waarbij de constante α de absorptiecoëfficiënt is, die volledig afhangt van de inktconcentratie.
Voor inkt met een hoge concentratie (bijv. gerelateerde concentratie >1,28 × 10-5) wordt het zigzaglicht sterk verzwakt en is de intensiteit veel lager dan die van recht licht, vanwege de grote absorptiecoëfficiënt en het veel langere optische pad. Voor inkt met een hoge concentratie (bijv. gerelateerde concentratie >1,28 × 10-5) wordt het zigzaglicht sterk verzwakt en is de intensiteit veel lager dan die van recht licht, vanwege de grote absorptiecoëfficiënt en het veel langere optische pad. Het is mogelijk om een ​​computer te gebruiken (afhankelijk van de grootte van >1,28 × 10-5) Als u een probleem heeft, kunt u het probleem oplossen, of het nu gaat om het apparaat is leeg en het apparaat is leeg. Voor inkt met een hoge concentratie (bijv. relatieve concentratie >1,28×10-5) wordt het zigzaglicht sterk verzwakt en is de intensiteit ervan veel lager dan die van direct licht vanwege de grote absorptiecoëfficiënt en de veel langere optische emissie.spoor.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 长 长 长 长 长 长 长Het is mogelijk om een ​​foto te maken (volgens de afbeelding >1,28×10-5) als u een van de beste manieren hebt gevonden om het probleem op te lossen, kunt u het beste uit uw leven halen gebruik het apparaat voor het afstellen van het apparaat en het afmelden van het apparaat. Voor inkten met een hoge concentratie (bijv. relevante concentraties >1,28×10-5) wordt het zigzaglicht aanzienlijk verzwakt en is de intensiteit veel lager dan die van direct licht vanwege de grote absorptiecoëfficiënt en de langere optische tijd.kleine weg.Aldus domineerde direct licht de bepaling van de absorptie (LOP=LC) en werd de AEF constant gehouden op ~7,0. Wanneer daarentegen de absorptiecoëfficiënt wordt verlaagd bij afnemende inktconcentratie (bijv. gerelateerde concentratie <1,28 × 10-5), neemt de intensiteit van zigzaglicht sneller toe dan die van recht licht en begint zigzaglicht een belangrijkere rol te spelen. Wanneer daarentegen de absorptiecoëfficiënt wordt verlaagd bij afnemende inktconcentratie (bijv. gerelateerde concentratie <1,28 × 10-5), neemt de intensiteit van zigzaglicht sneller toe dan die van recht licht en begint zigzaglicht een belangrijkere rol te spelen. Als u een aanvraag indient bij het gebruik van de het is mogelijk om een ​​afbeelding <1,28 × 10-5) te maken, om ervoor te zorgen dat de U kunt het apparaat gebruiken en het apparaat uitschakelen. Integendeel, wanneer de absorptiecoëfficiënt afneemt met afnemende inktconcentratie (bijvoorbeeld de relatieve concentratie <1,28 × 10-5), neemt de intensiteit van het zigzaglicht sneller toe dan die van het directe licht, en dan begint het zigzaglicht te spelen.belangrijker rol.Foto's, foto's van foto's en foto's van foto's die gemaakt zijn voor <1,28 × 10-5）, Z-foto's van foto's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。Wat is de beste manier om de foto's te bekijken? ， 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。 Als u dit doet, kunt u de kosten van het gebruik van de het is mogelijk om een ​​foto te maken van < 1,28×10-5). Dit is het enige wat u hoeft te doen om de temperatuur van het apparaat te wijzigen. Omgekeerd, wanneer de absorptiecoëfficiënt afneemt met afnemende inktconcentratie (bijvoorbeeld de overeenkomstige concentratie <1,28 × 10-5), neemt de intensiteit van het zigzaglicht sneller toe dan het directe licht, en dan begint het zigzaglicht een belangrijkere rol te spelen.rol karakter.Daarom kan de AEF vanwege het optische pad met zaagtand (LOP »LC) veel meer dan 7,0 worden verhoogd.Nauwkeurige lichttransmissiekarakteristieken van MWC kunnen worden verkregen met behulp van de golfgeleidermodustheorie.
Naast het verbeteren van het optische pad, draagt ​​snelle sample-switching ook bij aan ultra-lage detectielimieten.Vanwege het kleine volume MCC (0,16 ml) kan de tijd die nodig is om van oplossing te wisselen in MCC minder dan 20 seconden zijn.Zoals weergegeven in afbeelding 5, is de minimaal detecteerbare waarde van AMWC (2,5 × 10–4) 4 keer lager dan die van Acuvette (1,0 × 10–3).De snelle omschakeling van de stromende oplossing in het capillair vermindert het effect van systeemruis (bijv. drift) op de nauwkeurigheid van het absorptieverschil in vergelijking met de retentieoplossing in de cuvette.Zoals getoond in Fig.3(b)-(d), AV kan gemakkelijk worden onderscheiden van een driftsignaal als gevolg van snelle monsteromschakeling in het capillair met klein volume.
Zoals weergegeven in tabel 2, werd een reeks glucose-oplossingen met verschillende concentraties bereid met behulp van DI H2O als oplosmiddel.Gekleurde of blanco monsters werden bereid door glucose-oplossing of gedeïoniseerd water te mengen met chromogene oplossingen van glucose-oxidase (GOD) en peroxidase (POD) 37 in een vaste volumeverhouding van respectievelijk 3:1.Op afb.8 toont optische foto's van negen gekleurde monsters (S2-S10) met glucoseconcentraties variërend van 2,0 mM (links) tot 5,12 nM (rechts).Roodheid neemt af met afnemende glucoseconcentratie.
De resultaten van metingen van monsters 4, 9 en 10 met een op MWC gebaseerde fotometer worden getoond in Fig.9(a)-(c), respectievelijk.Zoals weergegeven in afb.9(c), wordt de gemeten AV minder stabiel en neemt langzaam toe tijdens de meting naarmate de kleur van het GOD-POD-reagens zelf (zelfs zonder toevoeging van glucose) langzaam verandert in het licht.Aldus kunnen opeenvolgende AV-metingen niet worden herhaald voor monsters met een glucoseconcentratie van minder dan 5,12 nM (monster 10), omdat wanneer AV klein genoeg is, de instabiliteit van het GOD-POD-reagens niet langer kan worden verwaarloosd.Daarom is de detectielimiet voor glucose-oplossing 5,12 nM, hoewel de overeenkomstige AV-waarde (0,52 µV) veel groter is dan de ruiswaarde (0,03 µV), wat aangeeft dat er nog steeds een kleine AV kan worden gedetecteerd.Deze detectiegrens kan verder worden verbeterd door gebruik te maken van stabielere chromogene reagentia.
(a) Meetresultaten voor monster 4, (b) monster 9 en (c) monster 10 met behulp van een MWC-gebaseerde fotometer.
De AMWC-absorptie kan worden berekend met behulp van de gemeten Vcolor-, Vblank- en Vdark-waarden.Voor een fotodetector met een versterking van 105 V is donker -0,068 μV.Metingen voor alle monsters kunnen worden ingesteld in het aanvullende materiaal.Ter vergelijking werden ook glucosemonsters gemeten met een spectrofotometer en de gemeten absorptie van Acuvette bereikte een detectielimiet van 0,64 µM (monster 7) zoals weergegeven in afbeelding 10.
De relatie tussen absorptie en concentratie wordt weergegeven in figuur 11. Met de op MWC gebaseerde fotometer werd een 125-voudige verbetering in detectielimiet bereikt in vergelijking met de op cuvetten gebaseerde spectrofotometer.Deze verbetering is lager dan de rode-inkttest vanwege de slechte stabiliteit van het GOD-POD-reagens.Er werd ook een niet-lineaire toename van de absorptie bij lage concentraties waargenomen.
De op MWC gebaseerde fotometer is ontwikkeld voor de ultragevoelige detectie van vloeistofmonsters.Het optische pad kan aanzienlijk worden vergroot, en veel langer dan de fysieke lengte van de MWC, omdat licht dat door de gegolfde, gladde metalen zijwanden wordt verstrooid, in het capillair kan worden gehouden, ongeacht de invalshoek.Concentraties zo laag als 5,12 nM kunnen worden bereikt met conventionele GOD-POD-reagentia dankzij nieuwe niet-lineaire optische versterking en snelle monsterwisseling en glucosedetectie.Deze compacte en goedkope fotometer zal op grote schaal worden gebruikt in life sciences en omgevingsmonitoring voor sporenanalyse.
Zoals weergegeven in afbeelding 1, bestaat de op MWC gebaseerde fotometer uit een 7 cm lange MWC (binnendiameter 1,7 mm, buitendiameter 3,18 mm, EP-klasse elektrolytisch gepolijst binnenoppervlak, SUS316L roestvrijstalen capillair), een LED met een golflengte van 505 nm (Thorlabs M505F1) en lenzen (bundelspreiding ongeveer 6,6 graden), fotodetector met variabele versterking (Thorlabs PDB450C) en twee T-connectoren voor optische communicatie en vloeistof in/uit.De T-connector wordt gemaakt door een transparante kwartsplaat te hechten aan een PMMA-buis waarin MWC- en Peek-buizen (0,72 mm ID, 1,6 mm OD, Vici Valco Corp.) stevig worden ingebracht en gelijmd.Een driewegklep aangesloten op de Pike-inlaatbuis wordt gebruikt om het inkomende monster te schakelen.De fotodetector kan het ontvangen optische vermogen P omzetten in een versterkt spanningssignaal N×V (waarbij V/P = 1,0 V/W bij 1550 nm, versterking N kan handmatig worden aangepast in het bereik van 103-107).Kortheidshalve wordt V gebruikt in plaats van N×V als uitgangssignaal.
Ter vergelijking: een commerciële spectrofotometer (Agilent Technologies Cary 300-serie met R928 High Efficiency Photomultiplier) met een cuvettencel van 1,0 cm werd ook gebruikt om de absorptie van vloeistofmonsters te meten.
Het binnenoppervlak van de MWC-snede werd onderzocht met behulp van een optische oppervlakteprofiler (ZYGO New View 5022) met een verticale en laterale resolutie van respectievelijk 0,1 nm en 0,11 µm.
Alle chemicaliën (analytische kwaliteit, geen verdere zuivering) werden gekocht bij Sichuan Chuangke Biotechnology Co., Ltd. Glucosetestkits omvatten glucose-oxidase (GOD), peroxidase (POD), 4-aminoantipyrine en fenol, enz. De chromogene oplossing werd bereid met de gebruikelijke GOD-POD 37-methode.
Zoals weergegeven in tabel 2, werd een reeks glucoseoplossingen in verschillende concentraties bereid met behulp van DI H2O als verdunningsmiddel met behulp van een seriële verdunningsmethode (zie aanvullende materialen voor details).Bereid gekleurde of blanco monsters voor door glucose-oplossing of gedeïoniseerd water te mengen met chromogene oplossing in een vaste volumeverhouding van respectievelijk 3:1.Alle monsters werden voorafgaand aan de meting gedurende 10 minuten bij 37°C beschermd tegen licht bewaard.Bij de GOD-POD-methode worden gekleurde monsters rood met een absorptiemaximum bij 505 nm, en de absorptie is bijna evenredig met de glucoseconcentratie.
Zoals getoond in Tabel 1, werd een reeks rode inktoplossingen (Ostrich Ink Co., Ltd., Tianjin, China) bereid door de seriële verdunningsmethode met DI H2O als oplosmiddel.
Citatie voor dit artikel: Bai, M. et al.Compacte fotometer op basis van metalen golfgeleidercapillairen: voor het bepalen van nanomolaire glucoseconcentraties.de wetenschap.5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
Dress, P. & Franke, H. Verhogen van de nauwkeurigheid van vloeistofanalyse en pH-waardecontrole met behulp van een golfgeleider met vloeibare kern. Dress, P. & Franke, H. Verhogen van de nauwkeurigheid van vloeistofanalyse en pH-waardecontrole met behulp van een golfgeleider met vloeibare kern.Dress, P. en Franke, H. Verbetering van de nauwkeurigheid van vloeistofanalyse en pH-regeling met een golfgeleider met vloeibare kern. Dress, P. & Franke, H. Dress, P. & Franke, H. Gebruik van de pH-waarde van de pH-waardeDress, P. en Franke, H. Verbetering van de nauwkeurigheid van vloeistofanalyse en pH-regeling met behulp van golfgeleiders met vloeibare kern.Schakel over naar de wetenschap.meter.68, 2167-2171 (1997).
Li, QP, Zhang, J. -Z., Millero, FJ & Hansell, DA Continue colorimetrische bepaling van spoorammonium in zeewater met een capillaire cel met een lange baan met vloeibare golfgeleiders. Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ & Hansell, DA Continue colorimetrische bepaling van spoorammonium in zeewater met een capillaire cel met een lange baan met vloeibare golfgeleider.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ en Hansel, DA Continue colorimetrische bepaling van sporen van ammonium in zeewater met behulp van een capillaire cel met een vloeibare golfgeleider. Li, QP, Zhang, J. -Z., Millero, FJ & Hansell, DA Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ & Hansell, DA.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ en Hansel, DA Continue colorimetrische bepaling van sporen van ammonium in zeewater met behulp van vloeibare golfgeleidercapillairen met een groot bereik.Scheikunde in maart.96, 73-85 (2005).
Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS Review over recente toepassingen van de capillaire cel met vloeibare golfgeleider in op stroming gebaseerde analysetechnieken om de gevoeligheid van spectroscopische detectiemethoden te verbeteren. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS Review over recente toepassingen van de capillaire cel met vloeibare golfgeleider in op stroming gebaseerde analysetechnieken om de gevoeligheid van spectroscopische detectiemethoden te verbeteren.Pascoa, RNMJ, Toth, IV en Rangel, AOSS Een overzicht van recente toepassingen van de capillaire cel met vloeibare golfgeleider in stromingsanalysetechnieken om de gevoeligheid van spectroscopische detectiemethoden te verbeteren. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS检测方法的灵敏度。 Páscoa, rnmj, tóth, IV & rangel, aoss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Nederlands de foto's van de foto'sPascoa, RNMJ, Toth, IV en Rangel, AOSS Een overzicht van recente toepassingen van capillaire cellen met vloeibare golfgeleiders in op stroming gebaseerde analytische methoden om de gevoeligheid van spectroscopische detectiemethoden te verbeteren.anus.Chim.Wet 739, 1-13 (2012).
Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Onderzoek naar de dikte van Ag, AgI-films in het capillair voor holle golfgeleiders. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Onderzoek naar de dikte van Ag, AgI-films in het capillair voor holle golfgeleiders.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. en Shen J. Onderzoek naar dikte van films Ag, AgI in capillair voor holle golfgeleiders. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Onderzoek naar de dikte van dunne film van Ag en AgI in het luchtkanaal.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. en Shen J. Onderzoek naar dunne filmdikte Ag, AgI in holle golfgeleidercapillairen.Infrarood fysica.technologie 42, 501-508 (2001).
Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Bepaling van nanomolaire concentraties van fosfaat in natuurlijke wateren met behulp van stroominjectie met een capillaire cel met vloeibare golfgeleider met lange weglengte en spectrofotometrische detectie in vaste toestand. Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Bepaling van nanomolaire concentraties van fosfaat in natuurlijke wateren met behulp van stroominjectie met een capillaire cel met vloeibare golfgeleider met lange weglengte en spectrofotometrische detectie in vaste toestand.Gimbert, LJ, Haygarth, PM en Worsfold, PJ Bepaling van nanomolaire fosfaatconcentraties in natuurlijke wateren met behulp van stroominjectie met een capillaire cel met vloeibare golfgeleider en spectrofotometrische detectie in vaste toestand. Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ摩尔浓度的磷酸盐。 Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Bepaling van de fosfaatconcentratie in natuurlijk water met behulp van een vloeistofspuit en capillaire buis met vloeibare golfgeleider met een groot bereik.Gimbert, LJ, Haygarth, PM en Worsfold, PJ Bepaling van nanomolair fosfaat in natuurlijk water met behulp van injectiestroom en capillaire golfgeleider met lang optisch pad en spectrofotometrische detectie in vaste toestand.Taranta 71, 1624-1628 (2007).
Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Lineariteit en effectieve optische weglengte van capillaire cellen met vloeibare golfgeleiders. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Lineariteit en effectieve optische weglengte van capillaire cellen met vloeibare golfgeleiders.Belz M., Dress P., Suhitsky A. en Liu S. Lineariteit en effectieve optische weglengte in vloeibare golfgeleiders in capillaire cellen. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. De lineariteit en effectieve lengte van vloeibaar water.Belz M., Dress P., Suhitsky A. en Liu S. Lineaire en effectieve optische weglengte in capillaire celvloeistofgolf.SPIE 3856, 271-281 (1999).
Dallas, T. & Dasgupta, PK Licht aan het einde van de tunnel: recente analytische toepassingen van golfgeleiders met vloeibare kern. Dallas, T. & Dasgupta, PK Licht aan het einde van de tunnel: recente analytische toepassingen van golfgeleiders met vloeibare kern.Dallas, T. en Dasgupta, PK Licht aan het einde van de tunnel: recente analytische toepassingen van golfgeleiders met vloeibare kern. Dallas, T. & Dasgupta, PK Licht aan het einde van de tunnel Dallas, T. & Dasgupta, PK Licht aan het einde van de tunnelDallas, T. en Dasgupta, PK Licht aan het einde van de tunnel: de nieuwste analytische toepassing van golfgeleiders met vloeibare kern.TrAC, trendanalyse.Chemisch.23, 385-392 (2004).
Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID Een veelzijdige fotometrische detectiecel met totale interne reflectie voor stromingsanalyse. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID Een veelzijdige fotometrische detectiecel met totale interne reflectie voor stromingsanalyse.Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR en McKelvey, ID Universele fotometrische totale interne reflectiecel voor stroomanalyse. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, IDEllis, PS, Gentle, BS, Grace, MR en McKelvey, ID Universal TIR fotometrische cel voor stroomanalyse.Taranta 79, 830-835 (2009).
Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID Multi-reflectie fotometrische stroomcel voor gebruik bij stroominjectieanalyse van estuariene wateren. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID Multi-reflectie fotometrische stroomcel voor gebruik bij stroominjectieanalyse van estuariene wateren.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ en McKelvey, ID Een fotometrische stroomcel met meerdere reflecties voor gebruik bij stroomanalyse van estuariene wateren. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ en McKelvey, ID Een fotometrische stroomcel met meerdere reflecties voor analyse van stroominjectie in estuariene wateren.anus Chim.Acta 499, 81-89 (2003).
Pan, J. -Z., Yao, B. & Fang, Q. Handfotometer op basis van golfgeleiderabsorptiedetectie met vloeibare kern voor monsters op nanoliterschaal. Pan, J.-Z., Yao, B. & Fang, Q. Handfotometer op basis van golfgeleiderabsorptiedetectie met vloeibare kern voor monsters op nanoliterschaal.Pan, J.-Z., Yao, B. en Fang, K. Een draagbare fotometer op basis van golflengte-absorptiedetectie met vloeibare kern voor monsters op nanoliter-schaal. Pan, J. -Z., Yao, B. & Fang, Q. Pan, J.-Z., Yao, B. & Fang, Q. Op basis van 液芯波波水水水油法的纳法手手手持光度计.Pan, J.-Z., Yao, B. en Fang, K. Een draagbare fotometer met een monster op nanoschaal gebaseerd op de detectie van absorptie in een vloeibare kerngolf.anus Chemisch.82, 3394-3398 (2010).
Zhang, J.-Z.Verhoog de gevoeligheid van injectiestroomanalyse door een capillaire stroomcel te gebruiken met een lang optisch pad voor spectrofotometrische detectie.anus.de wetenschap.22, 57-60 (2006).
D'Sa, EJ & Steward, RG Toepassing van vloeibare capillaire golfgeleiders in absorptiespectroscopie (antwoord op de opmerking van Byrne en Kaltenbacher). D'Sa, EJ & Steward, RG Toepassing van vloeibare capillaire golfgeleiders in absorptiespectroscopie (antwoord op de opmerking van Byrne en Kaltenbacher).D'Sa, EJ en Steward, RG Toepassingen van vloeibare capillaire golfgeleiders bij absorptiespectroscopie (antwoord op opmerkingen van Byrne en Kaltenbacher). D'Sa, EJ & Steward, RG D'Sa, EJ & Steward, RG Toepassing van vloeistof volgens het absorptiespectrum (回复Byrne en Kaltenbacher).D'Sa, EJ en Steward, RG Vloeibare capillaire golfgeleiders voor absorptiespectroscopie (in reactie op opmerkingen van Byrne en Kaltenbacher).limonol.Oceanograaf.46, 742-745 (2001).
Khijwania, SK & Gupta, BD Vezeloptische verdwijnende veldabsorptiesensor: effect van vezelparameters en geometrie van de sonde. Khijwania, SK & Gupta, BD Vezeloptische verdwijnende veldabsorptiesensor: effect van vezelparameters en geometrie van de sonde.Hijvania, SK en Gupta, BD Fiber Optic Evanescent Field Absorption Sensor: invloed van vezelparameters en sondegeometrie. Khijwania, SK & Gupta, BD Khijwania, SK & Gupta, BDHijvania, SK en Gupta, BD Vergankelijke veldabsorptie glasvezelsensoren: invloed van vezelparameters en sondegeometrie.Optica en kwantumelektronica 31, 625-636 (1999).
Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Hoekuitgang van holle, met metaal beklede Raman-sensoren met golfgeleider. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Hoekuitgang van holle, met metaal beklede Raman-sensoren met golfgeleider.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. en Woodruff, SD Hoekuitgang van Raman-sensoren met holle golfgeleider met metalen voering. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. en Woodruff, SD Hoekuitgang van een Raman-sensor met een blanke metalen golfgeleider.toepassing om 51, 2023-2025 (2012) te kiezen.
Harrington, JA Een overzicht van holle golfgeleiders voor IR-transmissie.vezel integratie.kiezen.19, 211-227 (2000).