Dziękujemy za odwiedzenie Nature.com.Wersja przeglądarki, której używasz, ma ograniczoną obsługę CSS.Aby uzyskać najlepsze wrażenia, zalecamy korzystanie ze zaktualizowanej przeglądarki (lub wyłączenie trybu zgodności w Internet Explorerze).W międzyczasie, aby zapewnić ciągłe wsparcie, będziemy renderować witrynę bez stylów i języka JavaScript.
Analiza śladowa próbek cieczy ma szerokie zastosowanie w naukach przyrodniczych i monitoringu środowiska.W tej pracy opracowaliśmy kompaktowy i niedrogi fotometr oparty na metalowych kapilarach falowodowych (MCC) do ultraczułego oznaczania absorpcji.Ścieżka optyczna może być znacznie zwiększona i znacznie dłuższa niż fizyczna długość MWC, ponieważ światło rozproszone przez pofałdowane gładkie metalowe ścianki boczne może być zawarte w kapilarze niezależnie od kąta padania.Stężenia tak niskie jak 5,12 nM można osiągnąć przy użyciu popularnych odczynników chromogennych dzięki nowemu nieliniowemu wzmocnieniu optycznemu oraz szybkiemu przełączaniu próbek i wykrywaniu glukozy.
Fotometria jest szeroko stosowana do analizy śladowej próbek cieczy ze względu na obfitość dostępnych odczynników chromogennych i półprzewodnikowych urządzeń optoelektronicznych1,2,3,4,5.W porównaniu do tradycyjnego oznaczania absorbancji opartego na kuwecie, kapilary z płynnym falowodem (LWC) odbijają (TIR), utrzymując światło sondy wewnątrz kapilary1,2,3,4,5.Jednak bez dalszych ulepszeń ścieżka optyczna jest zbliżona do fizycznej długości LWC3.6, a zwiększenie długości LWC powyżej 1,0 m spowoduje silne tłumienie światła i wysokie ryzyko powstawania pęcherzyków itp.3, 7. W odniesieniu do proponowanej celi wieloodbiciowej do ulepszenia ścieżki optycznej, granica wykrywalności jest poprawiona tylko o współczynnik 2,5-8,9.
Obecnie istnieją dwa główne rodzaje LWC, a mianowicie kapilary teflonowe AF (mające współczynnik załamania zaledwie ~1,3, czyli niższy niż w przypadku wody) oraz kapilary krzemionkowe pokryte Teflonem AF lub filmami metalowymi1,3,4.Aby osiągnąć TIR na styku materiałów dielektrycznych, wymagane są materiały o niskim współczynniku załamania światła i dużym kącie padania światła3,6,10.W odniesieniu do kapilar Teflon AF, Teflon AF jest oddychający dzięki swojej porowatej strukturze3,11 i może wchłaniać niewielkie ilości substancji w próbkach wody.W przypadku kapilar kwarcowych pokrytych na zewnątrz Teflonem AF lub metalem współczynnik załamania światła kwarcu (1,45) jest wyższy niż większości próbek ciekłych (np. 1,33 dla wody)3,6,12,13.Badano właściwości transportowe kapilar pokrytych wewnątrz metalową warstwą14,15,16,17,18, ale proces powlekania jest skomplikowany, powierzchnia metalowej błony ma chropowatą i porowatą strukturę4,19.
Ponadto komercyjne LWC (AF Teflon Coated Capillaries i AF Teflon Coated Silica Capillaries, World Precision Instruments, Inc.) mają kilka innych wad, takich jak: wady..Duża objętość martwa trójnika TIR3,10, (2) (do łączenia kapilar, włókien i rur wlotowych/wylotowych) może uwięzić pęcherzyki powietrza10.
Jednocześnie oznaczenie poziomu glukozy ma ogromne znaczenie w diagnostyce cukrzycy, marskości wątroby i chorób psychicznych20.oraz wiele metod detekcji, takich jak fotometria (w tym spektrofotometria 21, 22, 23, 24, 25 i kolorymetria na papierze 26, 27, 28), galwanometria 29, 30, 31, fluorometria 32, 33, 34, 35, polarymetria optyczna 36, ​​powierzchniowy rezonans plazmonowy.37, wnęka Fabry'ego-Perota 38, elektrochemia 39 i elektroforeza kapilarna 40,41 i tak dalej.Jednak większość z tych metod wymaga drogiego sprzętu, a wykrywanie glukozy w kilku nanomolowych stężeniach pozostaje wyzwaniem (na przykład dla pomiarów fotometrycznych21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, najniższe stężenie glukozy).ograniczenie wynosiło tylko 30 nM, gdy nanocząsteczki błękitu pruskiego były używane jako naśladujące peroksydazę).Nanomolowe analizy glukozy są często wymagane do badań komórkowych na poziomie molekularnym, takich jak hamowanie wzrostu ludzkiego raka prostaty42 i zachowanie wiązania CO2 przez Prochlorococcus w oceanie.
W tym artykule opracowano kompaktowy, niedrogi fotometr oparty na metalowej kapilarze falowodu (MWC), kapilarze ze stali nierdzewnej SUS316L z elektropolerowaną powierzchnią wewnętrzną, do ultraczułego oznaczania absorpcji.Ponieważ światło może zostać uwięzione w metalowych kapilarach niezależnie od kąta padania, droga optyczna może zostać znacznie zwiększona przez rozpraszanie światła na pofałdowanych i gładkich powierzchniach metalowych i jest znacznie dłuższa niż fizyczna długość MWC.Ponadto zaprojektowano prosty trójnik do połączenia optycznego i wlotu/wylotu płynu, aby zminimalizować objętość martwą i uniknąć uwięzienia pęcherzyków.W przypadku fotometru MWC 7 cm granica wykrywalności jest poprawiona około 3000 razy w porównaniu z komercyjnym spektrofotometrem z kuwetą 1 cm dzięki nowemu ulepszeniu nieliniowej ścieżki optycznej i szybkiemu przełączaniu próbek, a także można osiągnąć stężenie wykrywające glukozę.tylko 5,12 nM przy użyciu zwykłych odczynników chromogennych.
Jak pokazano na rysunku 1, fotometr oparty na MWC składa się z MWC o długości 7 cm z elektropolerowaną powierzchnią wewnętrzną klasy EP, diody LED 505 nm z soczewką, fotodetektora o regulowanym wzmocnieniu oraz dwóch do sprzężenia optycznego i wprowadzania cieczy.Wyjście.Zawór trójdrożny podłączony do rurki wlotowej Pike służy do przełączania wchodzącej próbki.Rurka Peek ściśle przylega do płytki kwarcowej i MWC, dzięki czemu objętość martwa w trójniku jest ograniczona do minimum, skutecznie zapobiegając uwięzieniu pęcherzyków powietrza.Ponadto skolimowaną wiązkę można łatwo i skutecznie wprowadzić do MWC przez kwarcową płytkę typu T.
Wiązka i próbka cieczy są wprowadzane do MCC przez trójnik, a wiązka przechodząca przez MCC jest odbierana przez fotodetektor.Przychodzące roztwory wybarwionych lub zerowych próbek wprowadzano naprzemiennie do ICC przez zawór trójdrożny.Zgodnie z prawem Beera gęstość optyczną barwnej próbki można obliczyć z równania.1.10
gdzie Vcolor i Vblank są sygnałami wyjściowymi fotodetektora, gdy do MCC wprowadzane są, odpowiednio, kolorowe i puste próbki, a Vdark to sygnał tła fotodetektora, gdy dioda LED jest wyłączona.Zmianę sygnału wyjściowego ΔV = Vcolor–Vblank można zmierzyć poprzez przełączanie próbek.Zgodnie z równaniem.Jak pokazano na rysunku 1, jeśli ΔV jest znacznie mniejsze niż Vblank–Vdark, przy stosowaniu schematu przełączania próbkowania niewielkie zmiany Vblank (np. dryft) mogą mieć niewielki wpływ na wartość AMWC.
Aby porównać wydajność fotometru opartego na MWC ze spektrofotometrem opartym na kuwecie, jako próbkę koloru zastosowano roztwór czerwonego atramentu ze względu na jego doskonałą stabilność koloru i dobrą liniowość stężenie-absorbancja, DI H2O jako próbkę ślepą..Jak pokazano w Tabeli 1, przygotowano serie roztworów czerwonego tuszu metodą seryjnych rozcieńczeń stosując DI H2O jako rozpuszczalnik.Względne stężenie próbki 1 (S1), nierozcieńczonej oryginalnej czerwonej farby, określono jako 1,0.na ryc.Rysunek 2 przedstawia zdjęcia optyczne 11 próbek czerwonego atramentu (od S4 do S14) o względnych stężeniach (wymienionych w tabeli 1) w zakresie od 8,0 × 10–3 (po lewej) do 8,2 × 10–10 (po prawej).
Wyniki pomiarów dla próbki 6 przedstawiono na ryc.3(a).Punkty przejścia między próbkami wybarwionymi i ślepymi zaznaczono na rysunku podwójnymi strzałkami „↔”.Można zauważyć, że napięcie wyjściowe gwałtownie wzrasta podczas przełączania z próbek barwnych na próbki ślepe i odwrotnie.Vcolor, Vblank i odpowiadające im ΔV można uzyskać, jak pokazano na rysunku.
(a) Wyniki pomiarów dla próbki 6, (b) próbki 9, (c) próbki 13 i (d) próbki 14 przy użyciu fotometru opartego na MWC.
Wyniki pomiarów dla próbek 9, 13 i 14 przedstawiono na ryc.3b-d), odpowiednio.Jak pokazano na rysunku 3(d), zmierzona wartość ΔV wynosi tylko 5 nV, co stanowi prawie 3-krotność wartości szumu (2 nV).Małe ΔV jest trudne do odróżnienia od szumu.Tak więc granica wykrywalności osiągnęła względne stężenie 8,2 x 10-10 (próbka 14).Za pomocą równań.1. Absorbancję AMWC można obliczyć na podstawie zmierzonych wartości Vcolor, Vblank i Vdark.Dla fotodetektora o wzmocnieniu 104 Vciemność wynosi -0,68 μV.Wyniki pomiarów dla wszystkich próbek podsumowano w tabeli 1 i można je znaleźć w materiale dodatkowym.Jak pokazano w Tabeli 1, absorbancja stwierdzona przy wysokich stężeniach powoduje nasycenie, więc absorbancji powyżej 3,7 nie można zmierzyć za pomocą spektrometrów opartych na MWC.
Dla porównania, próbkę czerwonego atramentu zmierzono również za pomocą spektrofotometru, a zmierzoną absorbancję Acuvette pokazano na rycinie 4. Wartości Acuvette przy 505 nm (jak pokazano w tabeli 1) uzyskano odnosząc się do krzywych próbek 10, 11 lub 12 (jak pokazano we wstawce).do ryc. 4) jako linię bazową.Jak pokazano, granica wykrywalności osiągnęła względne stężenie 2,56 x 10-6 (próbka 9), ponieważ krzywe absorpcji próbek 10, 11 i 12 były nie do odróżnienia od siebie.Zatem przy użyciu fotometru opartego na MWC granica wykrywalności została poprawiona o współczynnik 3125 w porównaniu ze spektrofotometrem opartym na kuwecie.
Zależność absorpcja-koncentracja przedstawiona jest na rys.5.W przypadku pomiarów kuwetowych absorbancja jest proporcjonalna do stężenia tuszu na drodze optycznej o długości 1 cm.Natomiast dla pomiarów opartych na MWC zaobserwowano nieliniowy wzrost absorbancji przy niskich stężeniach.Zgodnie z prawem Beera absorbancja jest proporcjonalna do długości drogi optycznej, więc wzmocnienie absorpcji AEF (zdefiniowane jako AEF = AMWC/Acuvette przy tym samym stężeniu atramentu) jest stosunkiem MWC do długości drogi optycznej kuwety.Jak pokazano na rycinie 5, przy wysokich stężeniach stała AEF wynosi około 7,0, co jest rozsądne, ponieważ długość MWC jest dokładnie 7 razy większa od długości kuwety o długości 1 cm. Jednak przy niskich stężeniach (powiązane stężenie <1,28 × 10-5 ), AEF wzrasta wraz ze spadkiem stężenia i osiąga wartość 803 przy powiązanym stężeniu 8,2 × 10-10 przez ekstrapolację krzywej pomiaru opartego na kuwecie. Jednak przy niskich stężeniach (powiązane stężenie <1,28 × 10-5 ), AEF wzrasta wraz ze spadkiem stężenia i osiąga wartość 803 przy powiązanym stężeniu 8,2 × 10-10 przez ekstrapolację krzywej pomiaru opartego na kuwecie. Однако при низких концентрациях (относительная концентрация <1,28 × 10–5) AEF увеличивается с уменьшением конц ентрации и может достигать значения 803 при относительной концентрации 8,2 × 10–10 при экстраполяции кривой измер ения на основе кюветы. Jednak przy niskich stężeniach (stężenie względne <1,28 × 10–5) AEF zwiększa się wraz ze spadkiem stężenia i może osiągnąć wartość 803 przy stężeniu względnym 8,2 × 10–10 po ekstrapolacji z krzywej pomiaru opartej na kuwecie.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 увеличивается с уменьшением кон центрации, и при экстраполяции кривой измерения на основе кюветы ona достигает значения относительной концентра ции 8,2 × 10–10 803 . Jednak przy niskich stężeniach (istotne stężenia < 1,28 × 10-5) AED wzrasta wraz ze spadkiem stężenia, a po ekstrapolacji z krzywej pomiarowej opartej na kuwecie osiąga względną wartość stężenia 8,2 × 10–10 803 .Daje to odpowiednią ścieżkę optyczną 803 cm (AEF × 1 cm), która jest znacznie dłuższa niż fizyczna długość MWC, a nawet dłuższa niż najdłuższa dostępna na rynku LWC (500 cm firmy World Precision Instruments, Inc.).Doko Engineering LLC ma długość 200 cm).Ten nieliniowy wzrost absorpcji w LWC nie był wcześniej zgłaszany.
na ryc.6(a)-(c) przedstawiają odpowiednio obraz optyczny, obraz mikroskopowy i obraz profilera optycznego wewnętrznej powierzchni sekcji MWC.Jak pokazano na ryc.6(a), wewnętrzna powierzchnia jest gładka i błyszcząca, może odbijać światło widzialne i silnie odbija światło.Jak pokazano na ryc.6(b), ze względu na odkształcalność i krystaliczny charakter metalu, na gładkiej powierzchni pojawiają się małe płaskowyże i nieregularności. Ze względu na mały obszar (<5 μm × 5 μm) chropowatość większości powierzchni jest mniejsza niż 1, 2 nm (ryc. 6 (c)). Ze względu na mały obszar (<5 μm × 5 μm) chropowatość większości powierzchni jest mniejsza niż 1, 2 nm (ryc. 6 (c)). Ввиду малой площади (<5 мкм×5 мкм) шероховатость большей части поверхности составляет менее 1,2 нм (ryc. 6(в)). Ze względu na mały obszar (<5 µm × 5 µm) chropowatość większości powierzchni jest mniejsza niż 1, 2 nm (ryc. 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 нм ( Ryc. 6 (в)). Biorąc pod uwagę mały obszar (<5 µm × 5 µm), chropowatość większości powierzchni jest mniejsza niż 1, 2 nm (ryc. 6 (c)).
( a ) Obraz optyczny, ( b ) obraz mikroskopowy i ( c ) obraz optyczny wewnętrznej powierzchni cięcia MWC.
Jak pokazano na ryc.7(a), droga optyczna LOP w kapilarze jest określona przez kąt padania θ (LOP = LC/sinθ, gdzie LC jest fizyczną długością kapilary).W przypadku kapilar Teflon AF wypełnionych DI H2O kąt padania musi być większy niż kąt krytyczny 77,8°, więc LOP jest mniejszy niż 1,02 × LC bez dalszej poprawy3.6.Podczas gdy w przypadku MWC uwięzienie światła w kapilarze jest niezależne od współczynnika załamania światła lub kąta padania, więc wraz ze spadkiem kąta padania droga światła może być znacznie dłuższa niż długość kapilary (LOP » LC).Jak pokazano na ryc.7(b), falista powierzchnia metalowa może powodować rozpraszanie światła, co może znacznie zwiększyć ścieżkę optyczną.
Dlatego dla MWC istnieją dwie ścieżki światła: światło bezpośrednie bez odbicia (LOP = LC) i światło piłokształtne z wielokrotnymi odbiciami między ścianami bocznymi (LOP » LC).Zgodnie z prawem Beera intensywność przepuszczanego światła bezpośredniego i zygzakowatego można wyrazić odpowiednio jako PS×exp(-α×LC) i PZ×exp(-α×LOP), gdzie stała α jest współczynnikiem absorpcji, który całkowicie zależy od stężenia atramentu.
W przypadku atramentu o wysokim stężeniu (np. pokrewne stężenie >1,28 × 10-5) światło zygzakowate jest silnie osłabione, a jego intensywność jest znacznie mniejsza niż światła prostego, ze względu na duży współczynnik absorpcji i znacznie dłuższą drogę optyczną. W przypadku atramentu o wysokim stężeniu (np. pokrewne stężenie >1,28 × 10-5) światło zygzakowate jest silnie osłabione, a jego intensywność jest znacznie mniejsza niż światła prostego, ze względu na duży współczynnik absorpcji i znacznie dłuższą drogę optyczną. Для чернил с высокой концентрацией (например, относительная концентрация >1,28 × 10-5) зигзагообразный свет си льно затухает, а его интенсивность намного ниже, чем у прямого света, из-за большого коэффициента поглоще ния и гораздо более длинного оптического излучения. W przypadku atramentu o wysokim stężeniu (np. stężenie względne >1,28×10-5) światło zygzakowate jest silnie osłabione, a jego intensywność jest znacznie mniejsza niż światła bezpośredniego ze względu na duży współczynnik absorpcji i znacznie dłuższą emisję optyczną.ścieżka.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Для чернил с высокой концентрацией (например, релевантные концентрации >1,28×10-5) зигзагообразный свет значи telьно ослабляется, и его интенсивность намного ниже, чем у прямого света из-за большого коэффициента пог лощения и более длительного оптического времени. W przypadku farb o wysokim stężeniu (np. odpowiednich stężeń >1,28×10-5) światło zygzakowate jest znacznie osłabione, a jego intensywność jest znacznie mniejsza niż światła bezpośredniego ze względu na duży współczynnik absorpcji i dłuższy czas optyczny.mała droga.Zatem bezpośrednie światło dominowało przy oznaczaniu absorbancji (LOP=LC), a AEF utrzymywano na stałym poziomie ~7,0. W przeciwieństwie do tego, gdy współczynnik absorpcji zmniejsza się wraz ze spadkiem stężenia atramentu (np. odpowiednie stężenie <1,28 × 10-5), intensywność światła zygzakowatego wzrasta szybciej niż światła prostego, a następnie światło zygzakowate zaczyna odgrywać ważniejszą rolę. W przeciwieństwie do tego, gdy współczynnik absorpcji zmniejsza się wraz ze spadkiem stężenia atramentu (np. odpowiednie stężenie <1,28 × 10-5), intensywność światła zygzakowatego wzrasta szybciej niż światła prostego, a następnie światło zygzakowate zaczyna odgrywać ważniejszą rolę. Напротив, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чернил (naпример, относител ьная концентрация <1,28 × 10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличивается быстрее, чем у прямого света, и затем начинает играть зигзагообразный свет. Z drugiej strony, gdy współczynnik absorpcji maleje wraz ze spadkiem stężenia atramentu (na przykład stężenie względne <1,28 × 10-5), intensywność światła zygzakowatego wzrasta szybciej niż światła bezpośredniego, a następnie światło zygzakowate zaczyna grać.ważniejszą rolę.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. И наоборот, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чернил (naпример, соответ ствующая концентрация < 1,28×10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличивается быстрее, чем прямого, и т огда зигзагообразный свет начинает играть более важную роль. I odwrotnie, gdy współczynnik absorpcji maleje wraz ze spadkiem stężenia atramentu (na przykład odpowiednie stężenie < 1,28 × 10-5), intensywność światła zygzakowatego rośnie szybciej niż światło bezpośrednie, a wtedy światło zygzakowate zaczyna odgrywać ważniejszą rolę.charakter roli.Dlatego dzięki piłokształtnej ścieżce optycznej (LOP » LC) AEF można zwiększyć o wiele więcej niż 7,0.Dokładne charakterystyki przepuszczalności światła MWC można uzyskać za pomocą teorii modów falowodowych.
Oprócz poprawy ścieżki optycznej, szybkie przełączanie próbek przyczynia się również do bardzo niskich granic wykrywalności.Ze względu na małą objętość MCC (0,16 ml) czas potrzebny na zamianę i zmianę roztworów w MCC może być krótszy niż 20 sekund.Jak pokazano na rycinie 5, minimalna wykrywalna wartość AMWC (2,5 × 10–4) jest 4 razy niższa niż Acuvette (1,0 × 10–3).Szybkie przełączanie przepływającego roztworu w kapilarze zmniejsza wpływ szumów układu (np. dryfu) na dokładność różnicy absorbancji w porównaniu z roztworem retencyjnym w kuwecie.Na przykład, jak pokazano na ryc.3(b)-(d), ΔV można łatwo odróżnić od sygnału dryfu dzięki szybkiemu przełączaniu próbek w kapilarze o małej objętości.
Jak pokazano w Tabeli 2, przygotowano szereg roztworów glukozy o różnych stężeniach, stosując DI H2O jako rozpuszczalnik.Wybarwione lub ślepe próbki przygotowano przez zmieszanie roztworu glukozy lub wody dejonizowanej z chromogennymi roztworami oksydazy glukozowej (GOD) i peroksydazy (POD) 37 w ustalonym stosunku objętościowym odpowiednio 3:1.na ryc.8 przedstawia zdjęcia optyczne dziewięciu wybarwionych próbek (S2-S10) ze stężeniami glukozy w zakresie od 2,0 mM (po lewej) do 5,12 nM (po prawej).Zaczerwienienie zmniejsza się wraz ze spadkiem stężenia glukozy.
Wyniki pomiarów próbek 4, 9 i 10 za pomocą fotometru opartego na MWC pokazano na ryc.9 lit. a–c), odpowiednio.Jak pokazano na ryc.9(c), zmierzona wartość ΔV staje się mniej stabilna i powoli wzrasta podczas pomiaru, ponieważ kolor samego odczynnika GOD-POD (nawet bez dodatku glukozy) powoli zmienia się w świetle.Zatem kolejnych pomiarów ΔV nie można powtarzać dla próbek o stężeniu glukozy mniejszym niż 5,12 nM (próbka 10), ponieważ gdy ΔV jest wystarczająco małe, nie można dłużej lekceważyć niestabilności odczynnika GOD-POD.Dlatego granica wykrywalności dla roztworu glukozy wynosi 5,12 nM, chociaż odpowiednia wartość ΔV (0,52 µV) jest znacznie większa niż wartość szumu (0,03 µV), co wskazuje, że nadal można wykryć małe ΔV.Ta granica wykrywalności może być dodatkowo poprawiona przez zastosowanie bardziej stabilnych odczynników chromogennych.
( a ) Wyniki pomiarów dla próbki 4, ( b ) próbki 9 i ( c ) próbki 10 przy użyciu fotometru opartego na MWC.
Absorbancję AMWC można obliczyć na podstawie zmierzonych wartości Vcolor, Vblank i Vdark.Dla fotodetektora o wzmocnieniu 105 Vciemność wynosi -0,068 μV.Pomiary dla wszystkich próbek można ustawić w materiale dodatkowym.Dla porównania próbki glukozy zmierzono również za pomocą spektrofotometru, a zmierzona absorbancja Acuvette osiągnęła granicę wykrywalności 0,64 µM (próbka 7), jak pokazano na rycinie 10.
Zależność między absorbancją a stężeniem przedstawiono na rycinie 11. Za pomocą fotometru opartego na MWC uzyskano 125-krotną poprawę granicy wykrywalności w porównaniu ze spektrofotometrem opartym na kuwecie.Ta poprawa jest mniejsza niż w teście z czerwonym atramentem ze względu na słabą stabilność odczynnika GOD-POD.Zaobserwowano również nieliniowy wzrost absorbancji przy niskich stężeniach.
Fotometr oparty na MWC został opracowany do ultraczułej detekcji próbek cieczy.Ścieżka optyczna może być znacznie zwiększona i znacznie dłuższa niż fizyczna długość MWC, ponieważ światło rozproszone przez pofałdowane gładkie metalowe ścianki boczne może być zawarte w kapilarze niezależnie od kąta padania.Stężenia tak niskie, jak 5,12 nM można osiągnąć przy użyciu konwencjonalnych odczynników GOD-POD dzięki nowemu nieliniowemu wzmocnieniu optycznemu oraz szybkiemu przełączaniu próbek i wykrywaniu glukozy.Ten kompaktowy i niedrogi fotometr znajdzie szerokie zastosowanie w naukach przyrodniczych i monitorowaniu środowiska do analizy śladowej.
Jak pokazano na rysunku 1, fotometr oparty na MWC składa się z MWC o długości 7 cm (średnica wewnętrzna 1,7 mm, średnica zewnętrzna 3,18 mm, elektropolerowana powierzchnia wewnętrzna klasy EP, kapilara ze stali nierdzewnej SUS316L), dioda LED o długości fali 505 nm (Thorlabs M505F1) i soczewki (rozproszenie wiązki około 6,6 stopnia), fotodetektor o zmiennym wzmocnieniu (Thorlabs PDB450C) i dwa złącza T ory do komunikacji optycznej i wejścia/wyjścia cieczy.Łącznik typu T jest wykonany przez połączenie przezroczystej płytki kwarcowej z rurką z PMMA, do której są szczelnie wsunięte i sklejone rurki MWC i Peek (0,72 mm ID, 1,6 mm OD, Vici Valco Corp.).Zawór trójdrożny podłączony do rurki wlotowej Pike służy do przełączania wchodzącej próbki.Fotodetektor może przetwarzać odebraną moc optyczną P na wzmocniony sygnał napięciowy N×V (gdzie V/P = 1,0 V/W przy 1550 nm, wzmocnienie N można regulować ręcznie w zakresie 103-107).Dla zwięzłości zamiast N×V jako sygnału wyjściowego używa się V.
Dla porównania, do pomiaru absorbancji próbek cieczy zastosowano również komercyjny spektrofotometr (seria Agilent Technologies Cary 300 z fotopowielaczem R928 High Efficiency) z kuwetą 1,0 cm.
Wewnętrzną powierzchnię cięcia MWC zbadano za pomocą optycznego profilera powierzchni (ZYGO New View 5022) z rozdzielczością pionową i boczną odpowiednio 0,1 nm i 0,11 µm.
Wszystkie chemikalia (czystość analityczna, bez dalszego oczyszczania) zakupiono od Sichuan Chuangke Biotechnology Co., Ltd. Zestawy do oznaczania glukozy obejmują oksydazę glukozową (GOD), peroksydazę (POD), 4-aminoantypirynę i fenol itp. Roztwór chromogeniczny przygotowano zwykłą metodą GOD-POD 37.
Jak pokazano w Tabeli 2, przygotowano szereg roztworów glukozy w różnych stężeniach, stosując DI H2O jako rozcieńczalnik, stosując metodę rozcieńczeń seryjnych (szczegóły w materiałach uzupełniających).Przygotuj wybarwione lub ślepe próbki, mieszając roztwór glukozy lub wodę dejonizowaną z roztworem chromogenicznym w ustalonym stosunku objętości wynoszącym odpowiednio 3:1.Wszystkie próbki przechowywano w temperaturze 37°C chroniąc przed światłem przez 10 minut przed pomiarem.W metodzie GOD-POD wybarwione próbki stają się czerwone z maksimum absorpcji przy 505 nm, a absorpcja jest prawie proporcjonalna do stężenia glukozy.
Jak pokazano w Tabeli 1, przygotowano serie roztworów czerwonego tuszu (Ostrich Ink Co., Ltd., Tianjin, Chiny) metodą seryjnych rozcieńczeń przy użyciu DI H2O jako rozpuszczalnika.
Jak cytować ten artykuł: Bai, M. et al.Kompaktowy fotometr oparty na metalowych kapilarach falowodowych: do oznaczania nanomolowych stężeń glukozy.nauka.5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
Dress, P. & Franke, H. Zwiększenie dokładności analizy cieczy i kontroli wartości pH za pomocą falowodu z płynnym rdzeniem. Dress, P. & Franke, H. Zwiększenie dokładności analizy cieczy i kontroli wartości pH za pomocą falowodu z płynnym rdzeniem.Dress, P. i Franke, H. Poprawa dokładności analizy cieczy i kontroli pH za pomocą falowodu z płynnym rdzeniem. Dress, P. & Franke, H. Dress, P. & Franke, H.Dress, P. i Franke, H. Poprawa dokładności analizy cieczy i kontroli pH za pomocą falowodów z płynnym rdzeniem.Przełącz się na naukę.metr.68, 2167-2171 (1997).
Li, QP, Zhang, J. -Z., Millero, FJ & Hansell, DA Ciągłe kolorymetryczne oznaczanie śladowych ilości amonu w wodzie morskiej za pomocą komórki kapilarnej z płynnym falowodem o długiej ścieżce. Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ & Hansell, DA Ciągłe kolorymetryczne oznaczanie śladowych ilości amonu w wodzie morskiej za pomocą komórki kapilarnej z płynnym falowodem o długiej ścieżce.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ i Hansel, DA Ciągłe kolorymetryczne oznaczanie śladowych ilości amonu w wodzie morskiej za pomocą komórki kapilarnej z płynnym falowodem. 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 i Hansel, DA Ciągłe kolorymetryczne oznaczanie śladowych ilości amonu w wodzie morskiej przy użyciu kapilar płynnych dalekiego zasięgu.Chemia w marcu.96, 73–85 (2005).
Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS Przegląd ostatnich zastosowań ciekłego falowodu kapilarnego w technikach analizy przepływowej w celu zwiększenia czułości spektroskopowych metod wykrywania. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS Przegląd ostatnich zastosowań ciekłego falowodu kapilarnego w technikach analizy przepływowej w celu zwiększenia czułości spektroskopowych metod wykrywania.Pascoa, RNMJ, Toth, IV i Rangel, AOSS Przegląd ostatnich zastosowań ciekłego falowodu kapilarnego w technikach analizy przepływu w celu poprawy czułości spektroskopowych metod wykrywania. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS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 最新 ， 以 提高 检测方法 的。。。 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 灵灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度Pascoa, RNMJ, Toth, IV i Rangel, AOSS Przegląd ostatnich zastosowań ciekłych falowodowych komórek kapilarnych w przepływowych metodach analitycznych w celu zwiększenia czułości spektroskopowych metod wykrywania.odbyt.Chim.Ustawa 739, 1-13 (2012).
Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Badanie grubości warstw Ag, AgI w kapilarze dla pustych falowodów. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Badanie grubości warstw Ag, AgI w kapilarze dla pustych falowodów.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. i Shen J. Badanie grubości warstw Ag, AgI w kapilarach dla falowodów pustych. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Badania grubości cienkiej warstwy Ag i AgI w przewodzie powietrznym.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. i Shen J. Badanie grubości cienkiej warstwy Ag, AgI w wydrążonych kapilarach falowodu.Fizyka podczerwieni.technologia 42, 501–508 (2001).
Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Wyznaczanie nanomolowych stężeń fosforanów w wodach naturalnych za pomocą wstrzykiwania przepływowego z ciekłą komórką kapilarną z falowodem i detekcją spektrofotometryczną w stanie stałym. Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Wyznaczanie nanomolowych stężeń fosforanów w wodach naturalnych za pomocą wstrzykiwania przepływowego z ciekłą komórką kapilarną z falowodem i detekcją spektrofotometryczną w stanie stałym.Gimbert, LJ, Haygarth, PM i Worsfold, PJ Oznaczanie nanomolowych stężeń fosforanów w wodach naturalnych za pomocą wtrysku przepływowego z ciekłą falowodową komórką kapilarną i detekcją spektrofotometryczną w stanie stałym. Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ纳摩尔浓度的磷酸盐。 Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Oznaczanie stężenia fosforanów w wodzie naturalnej za pomocą strzykawki z płynem i rurki kapilarnej z płynnym falowodem dalekiego zasięgu.Gimbert, LJ, Haygarth, PM i Worsfold, PJ Oznaczanie nanomolowego fosforanu w naturalnej wodzie za pomocą przepływu wtrysku i falowodu kapilarnego z długą drogą optyczną i detekcją spektrofotometryczną w stanie stałym.Taranta 71, 1624–1628 (2007).
Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Liniowość i efektywna długość drogi optycznej płynnych falowodowych komórek kapilarnych. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Liniowość i efektywna długość drogi optycznej płynnych falowodowych komórek kapilarnych.Bełz M., Dress P., Suhitsky A. i Liu S. Liniowość i efektywna długość drogi optycznej w płynnych falowodach w komórkach kapilarnych. M. Bełz, P. Dress, A. Sukhitskiy i S. Liu. Bełz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Liniowość i efektywna długość ciekłej wody.Bełz M., Dress P., Suhitsky A. i Liu S. Liniowa i efektywna długość drogi optycznej w fali cieczy w komórkach kapilarnych.SPIE 3856, 271-281 (1999).
Dallas, T. & Dasgupta, PK Światło na końcu tunelu: ostatnie zastosowania analityczne falowodów z płynnym rdzeniem. Dallas, T. & Dasgupta, PK Światło na końcu tunelu: ostatnie zastosowania analityczne falowodów z płynnym rdzeniem.Dallas, T. i Dasgupta, PK Światło na końcu tunelu: ostatnie zastosowania analityczne falowodów z płynnym rdzeniem. Dallas, T. & Dasgupta, PK Światło na końcu tunelu Dallas, T. & Dasgupta, PK Światło na końcu tuneluDallas, T. i Dasgupta, PK Światło na końcu tunelu: najnowsze zastosowanie analityczne falowodów z płynnym rdzeniem.TraAC, analiza trendów.Chemiczny.23, 385-392 (2004).
Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID Uniwersalna fotometryczna cela detekcyjna całkowitego wewnętrznego odbicia do analizy przepływu. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID Uniwersalna fotometryczna cela detekcyjna całkowitego wewnętrznego odbicia do analizy przepływu.Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR i McKelvey, ID Uniwersalna fotometryczna kuweta całkowitego wewnętrznego odbicia do analizy przepływu. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID Ellis, PS, Delikatny, BS, Grace, MR & McKelvie, IDEllis, PS, Gentle, BS, Grace, MR i McKelvey, ID Uniwersalna cela fotometryczna TIR do analizy przepływu.Taranta 79, 830–835 (2009).
Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID Wieloodblaskowa fotometryczna kuweta przepływowa do stosowania w przepływowej analizie iniekcyjnej wód ujść rzek. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID Wieloodblaskowa fotometryczna kuweta przepływowa do stosowania w przepływowej analizie iniekcyjnej wód ujść rzek.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ i McKelvey, ID Wieloodbiciowa fotometryczna kuweta przepływowa do stosowania w analizie przepływu wód ujść rzek. 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 i McKelvey, ID Wieloodbiciowa fotometryczna komora przepływowa do analizy wtrysku przepływu w wodach ujść rzek.odbyt Chim.Acta 499, 81-89 (2003).
Pan, J. -Z., Yao, B. & Fang, Q. Ręczny fotometr oparty na wykrywaniu absorpcji falowodu w ciekłym rdzeniu dla próbek w skali nanolitra. Pan, J.-Z., Yao, B. & Fang, Q. Ręczny fotometr oparty na wykrywaniu absorpcji falowodu w ciekłym rdzeniu dla próbek w skali nanolitra.Pan, J.-Z., Yao, B. i Fang, K. Ręczny fotometr oparty na wykrywaniu absorpcji długości fal w rdzeniu cieczy dla próbek w skali nanolitra. Pan, J.-Z., Yao, B. & Fang, Q. Pan, J.-Z., Yao, B. & Fang, Q. Na podstawie 液芯波波水水水油法的纳法手手手持光度计.Pan, J.-Z., Yao, B. and Fang, K. Ręczny fotometr z próbką w nanoskali oparty na wykrywaniu absorpcji w płynnej fali rdzenia.odbyt Chemiczny.82, 3394–3398 (2010).
Zhang, J.-Z.Zwiększ czułość analizy przepływu wtrysku, używając kapilarnej kuwety przepływowej z długą drogą optyczną do detekcji spektrofotometrycznej.odbyt.nauka.22, 57–60 (2006).
D'Sa, EJ & Steward, RG Zastosowanie ciekłego falowodu kapilarnego w spektroskopii absorbancji (odpowiedź na komentarz Byrne'a i Kaltenbachera). D'Sa, EJ & Steward, RG Zastosowanie ciekłego falowodu kapilarnego w spektroskopii absorbancji (odpowiedź na komentarz Byrne'a i Kaltenbachera).D'Sa, EJ i Steward, RG Zastosowania płynnych falowodów kapilarnych w spektroskopii absorpcyjnej (odpowiedź na komentarze Byrne'a i Kaltenbachera). D'Sa, EJ & Steward, RG D'Sa, EJ & Steward, RG Zastosowanie cieczy Widmo absorpcji (回复Byrne, Kaltenbacher) 波波对在.D'Sa, EJ i Steward, RG Ciekłe falowody kapilarne do spektroskopii absorpcyjnej (w odpowiedzi na uwagi Byrne'a i Kaltenbachera).limonol.Oceanograf.46, 742–745 (2001).
Khijwania, SK & Gupta, BD Światłowodowy czujnik absorpcji pola zanikającego: Wpływ parametrów światłowodu i geometrii sondy. Khijwania, SK & Gupta, BD Światłowodowy czujnik absorpcji pola zanikającego: Wpływ parametrów światłowodu i geometrii sondy.Hijvania, SK i Gupta, BD Fiber Optic Evanescent Field Absorption Sensor: Wpływ parametrów światłowodu i geometrii sondy. Khijwania, SK & Gupta, BD Khijwania, SK & Gupta, BDHijvania, SK i Gupta, BD Absorpcyjne czujniki światłowodowe pola zanikającego: wpływ parametrów światłowodu i geometrii sondy.Optyka i elektronika kwantowa 31, 625–636 (1999).
Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Wyjście kątowe wydrążonych, wyłożonych metalem, falowodowych czujników Ramana. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Wyjście kątowe wydrążonych, wyłożonych metalem, falowodowych czujników Ramana.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. i Woodruff, SD Wyjście kątowe pustych falowodowych czujników Ramana z metalową okładziną. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. i Woodruff, SD Wyjście kątowe czujnika Ramana z gołym metalowym falowodem.wniosek do wyboru 51, 2023-2025 (2012).
Harrington, JA Przegląd wydrążonych falowodów do transmisji IR.integracja włókien.wybierać.19, 211-227 (2000).