Vă mulțumim că ați vizitat Nature.com.Versiunea de browser pe care o utilizați are suport limitat pentru CSS.Pentru cea mai bună experiență, vă recomandăm să utilizați un browser actualizat (sau să dezactivați Modul de compatibilitate în Internet Explorer).Între timp, pentru a asigura suport continuu, vom reda site-ul fără stiluri și JavaScript.
Analiza urmelor de probe lichide are o gamă largă de aplicații în științele vieții și monitorizarea mediului.În această lucrare, am dezvoltat un fotometru compact și ieftin bazat pe capilare metalice cu ghid de undă (MCC) pentru determinarea ultrasensibilă a absorbției.Calea optică poate fi mult mărită și mult mai lungă decât lungimea fizică a MWC, deoarece lumina împrăștiată de pereții laterali ondulați de metal neted poate fi conținută în capilar, indiferent de unghiul de incidență.Concentrații de până la 5,12 nM pot fi atinse utilizând reactivi cromogeni obișnuiți datorită noii amplificări optice neliniare și a comutării rapide a probei și a detectării glucozei.
Fotometria este utilizată pe scară largă pentru analiza urmelor de probe lichide datorită abundenței de reactivi cromogeni disponibili și dispozitive optoelectronice semiconductoare1,2,3,4,5.În comparație cu determinarea tradițională a absorbției pe bază de cuve, capilarele ghidului de undă lichid (LWC) reflectă (TIR) ​​prin menținerea luminii sondei în interiorul capilarului1,2,3,4,5.Cu toate acestea, fără îmbunătățiri suplimentare, calea optică este doar aproape de lungimea fizică a LWC3.6, iar creșterea lungimii LWC peste 1,0 m va suferi de o atenuare puternică a luminii și un risc ridicat de bule etc.3, 7. În ceea ce privește celula multi-reflexie propusă pentru îmbunătățirea căii optice, limita de detecție este îmbunătățită doar cu un factor de 5-8,92.
În prezent, există două tipuri principale de LWC, și anume capilare Teflon AF (având un indice de refracție de numai ~1,3, care este mai mic decât cel al apei) și capilare de silice acoperite cu Teflon AF sau filme metalice1,3,4.Pentru a realiza TIR la interfața dintre materialele dielectrice, sunt necesare materiale cu un indice de refracție scăzut și unghiuri mari de incidență a luminii3,6,10.În ceea ce privește capilarele Teflon AF, Teflon AF este respirabil datorită structurii sale poroase3,11 și poate absorbi cantități mici de substanțe din probele de apă.Pentru capilarele de cuarț acoperite la exterior cu Teflon AF sau metal, indicele de refracție al cuarțului (1,45) este mai mare decât majoritatea probelor lichide (de ex. 1,33 pentru apă)3,6,12,13.Pentru capilarele acoperite cu o peliculă metalică în interior au fost studiate proprietățile de transport14,15,16,17,18, dar procesul de acoperire este complicat, suprafața peliculei metalice are o structură aspră și poroasă4,19.
În plus, LWC-urile comerciale (AF Teflon Coated Capillaries și AF Teflon Coated Silica Capillaries, World Precision Instruments, Inc.) au câteva alte dezavantaje, cum ar fi: pentru defecte..Volumul mare mort al conectorului TIR3,10, (2) (pentru a conecta capilarele, fibrele și tuburile de intrare/ieșire) poate prinde bule de aer10.
Totodată, determinarea nivelului de glucoză este de mare importanță pentru diagnosticul diabetului zaharat, cirozei hepatice și bolilor psihice20.și multe metode de detectare, cum ar fi fotometria (inclusiv spectrofotometria 21, 22, 23, 24, 25 și colorimetria pe hârtie 26, 27, 28), galvanometria 29, 30, 31, fluorometria 32, 33, 34, 35, rezonanță optică de suprafață, plasmometrie 36.37, cavitatea Fabry-Perot 38, electrochimie 39 și electroforeză capilară 40,41 și așa mai departe.Cu toate acestea, majoritatea acestor metode necesită echipamente scumpe, iar detectarea glucozei la mai multe concentrații nanomolare rămâne o provocare (de exemplu, pentru măsurători fotometrice21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, cea mai mică concentrație de glucoză).limitarea a fost de numai 30 nM atunci când nanoparticulele de albastru prusac au fost folosite ca imitatori de peroxidază).Analizele de glucoză nanomolară sunt adesea necesare pentru studiile celulare la nivel molecular, cum ar fi inhibarea creșterii cancerului de prostată uman42 și comportamentul de fixare a CO2 al Prochlorococcus în ocean.
În acest articol, a fost dezvoltat un fotometru compact, ieftin bazat pe un capilar cu ghid de undă metalic (MWC), un capilar din oțel inoxidabil SUS316L cu o suprafață interioară electrolustruită, pentru determinarea absorbției ultrasensibile.Deoarece lumina poate fi prinsă în interiorul capilarelor metalice, indiferent de unghiul de incidență, calea optică poate fi mult mărită prin împrăștierea luminii pe suprafețele metalice ondulate și netede și este mult mai lungă decât lungimea fizică a MWC.În plus, a fost proiectat un conector în T simplu pentru conexiunea optică și intrarea/ieșirea fluidului pentru a minimiza volumul mort și pentru a evita blocarea bulelor.Pentru fotometrul MWC de 7 cm, limita de detecție este îmbunătățită de aproximativ 3000 de ori în comparație cu spectrofotometrul comercial cu cuvă de 1 cm datorită noii îmbunătățiri a căii optice neliniare și a comutării rapide a probei, iar concentrația de detectare a glucozei poate fi, de asemenea, atinsă.numai 5,12 nM folosind reactivi cromogeni comuni.
După cum se arată în Figura 1, fotometrul bazat pe MWC constă dintr-un MWC lung de 7 cm cu o suprafață interioară electrolustruită de calitate EP, un LED de 505 nm cu o lentilă, un fotodetector cu câștig reglabil și două pentru cuplare optică și intrare de lichid.Ieșire.O supapă cu trei căi conectată la tubul de admisie Pike este utilizată pentru a comuta proba de intrare.Tubul Peek se potrivește perfect pe placa de cuarț și pe MWC, astfel încât volumul mort din conectorul în T este menținut la un nivel minim, prevenind efectiv blocarea bulelor de aer.În plus, fasciculul colimat poate fi introdus ușor și eficient în MWC prin placa de cuarț cu piesa în T.
Fasciculul și proba de lichid sunt introduse în MCC printr-o piesă în T, iar fasciculul care trece prin MCC este primit de un fotodetector.Soluțiile primite de probe colorate sau martor au fost introduse alternativ în ICC printr-o supapă cu trei căi.Conform legii lui Beer, densitatea optică a unei probe colorate poate fi calculată din ecuație.1.10
unde Vcolor și Vblank sunt semnalele de ieșire ale fotodetectorului atunci când probele de culoare și, respectiv, martor sunt introduse în MCC, iar Vdark este semnalul de fundal al fotodetectorului când LED-ul este stins.Modificarea semnalului de ieșire ΔV = Vcolor–Vblank poate fi măsurată prin comutarea probelor.Conform ecuaţiei.După cum se arată în Figura 1, dacă ΔV este mult mai mic decât Vblank–Vdark, atunci când se utilizează o schemă de comutare de eșantionare, mici modificări în Vblank (de exemplu, deriva) pot avea un efect redus asupra valorii AMWC.
Pentru a compara performanța fotometrului pe bază de MWC cu spectrofotometrul pe bază de cuvetă, a fost utilizată o soluție de cerneală roșie ca probă de culoare datorită stabilității excelente a culorii și a liniarității bune de concentrație-absorbție, DI H2O ca probă martor..După cum se arată în Tabelul 1, o serie de soluții de cerneală roșie au fost preparate prin metoda diluării în serie folosind DI H2O ca solvent.Concentrația relativă a probei 1 (S1), vopsea roșie originală nediluată, a fost determinată ca 1,0.Pe fig.Figura 2 prezintă fotografii optice ale 11 mostre de cerneală roșie (S4 până la S14) cu concentrații relative (enumerate în Tabelul 1) variind de la 8,0 × 10–3 (stânga) până la 8,2 × 10–10 (dreapta).
Rezultatele măsurătorilor pentru proba 6 sunt prezentate în Fig.3(a).Punctele de comutare între probele colorate și cele martor sunt marcate în figură prin săgeți duble „↔”.Se poate observa că tensiunea de ieșire crește rapid la trecerea de la probele de culoare la probele martor și invers.Vcolor, Vblank și ΔV corespunzător pot fi obținute așa cum se arată în figură.
(a) Rezultatele măsurătorilor pentru proba 6, (b) proba 9, (c) proba 13 și (d) proba 14 folosind un fotometru bazat pe MWC.
Rezultatele măsurătorilor pentru probele 9, 13 și 14 sunt prezentate în Fig.3(b)-(d), respectiv.După cum se arată în Figura 3(d), ΔV măsurat este de numai 5 nV, ceea ce este de aproape 3 ori valoarea zgomotului (2 nV).Un ΔV mic este greu de distins de zgomot.Astfel, limita de detecție a atins o concentrație relativă de 8,2×10-10 (proba 14).Cu ajutorul ecuațiilor.1. Absorbanța AMWC poate fi calculată din valorile măsurate Vcolor, Vblank și Vdark.Pentru un fotodetector cu un câștig de 104 V întuneric este -0,68 μV.Rezultatele măsurătorilor pentru toate probele sunt rezumate în Tabelul 1 și pot fi găsite în materialul suplimentar.După cum se arată în Tabelul 1, absorbanța găsită la concentrații mari se saturează, astfel încât absorbanța peste 3,7 nu poate fi măsurată cu spectrometre bazate pe MWC.
Pentru comparație, o probă de cerneală roșie a fost măsurată și cu un spectrofotometru, iar absorbanța măsurată a Acuvettei este prezentată în Figura 4. Valorile Acuvettei la 505 nm (așa cum se arată în Tabelul 1) au fost obținute prin referire la curbele probelor 10, 11 sau 12 (așa cum se arată în insert).la Fig. 4) ca linie de bază.După cum se arată, limita de detecție a atins o concentrație relativă de 2,56 x 10-6 (proba 9) deoarece curbele de absorbție ale probelor 10, 11 și 12 nu se distingeau unele de altele.Astfel, la utilizarea fotometrului bazat pe MWC, limita de detecție a fost îmbunătățită cu un factor de 3125 în comparație cu spectrofotometrul pe bază de cuvetă.
Dependența absorbție-concentrație este prezentată în Fig.5.Pentru măsurătorile cuvete, absorbanța este proporțională cu concentrația de cerneală la o lungime de cale de 1 cm.În timp ce, pentru măsurătorile bazate pe MWC, a fost observată o creștere neliniară a absorbanței la concentrații scăzute.Conform legii lui Beer, absorbanța este proporțională cu lungimea căii optice, astfel încât câștigul de absorbție AEF (definit ca AEF = AMWC/Acuvette la aceeași concentrație de cerneală) este raportul dintre MWC și lungimea căii optice a cuvei.După cum se arată în Figura 5, la concentrații mari, AEF constantă este de aproximativ 7,0, ceea ce este rezonabil deoarece lungimea MWC este exact de 7 ori lungimea unei cuve de 1 cm. Cu toate acestea, la concentrații scăzute (concentrație asociată <1,28 × 10-5), AEF crește odată cu scăderea concentrației și ar atinge o valoare de 803 la concentrația aferentă de 8,2 × 10-10 prin extrapolarea curbei de măsurare pe bază de cuve. Cu toate acestea, la concentrații scăzute (concentrație asociată <1,28 × 10-5), AEF crește odată cu scăderea concentrației și ar atinge o valoare de 803 la concentrația aferentă de 8,2 × 10-10 prin extrapolarea curbei de măsurare pe bază de cuve. Однако при низких концентрациях (относительная концентрация <1,28 × 10–5) AEF увеличициях увеличичительная концентрация <1,28 × 10–5) рации и может достигать значения 803 при относительной концентрации 8,2 × 10–10 при эносительной концентрации 8,2 × 10–10 при эносительной я на основе кюветы. Cu toate acestea, la concentrații scăzute (concentrație relativă <1,28 × 10–5), AEF crește odată cu scăderea concentrației și poate atinge o valoare de 803 la o concentrație relativă de 8,2 × 10–10 atunci când este extrapolată dintr-o curbă de măsurare bazată pe cuve.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万增加丟并丟收下攺湶下，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 关 浓度 ， 并丟 并 且 并 一比色皿 测量 曲线 ， 在 浓度 为 8,2 × 10-10 时 达到 达到 达到 达到 达到。到 803 Однако при низких концентрациях (релевантные концентрации < 1,28 × 10-5) АЭП увелитрациях велитрациях ентрации, и при экстраполяции кривой измерения на основе кюветы она достигает значетигает значетнца ой начетноцой 8,2 × 10–10 803 . Cu toate acestea, la concentrații scăzute (concentrații relevante < 1,28 × 10-5) DEA crește odată cu scăderea concentrației și, atunci când este extrapolat dintr-o curbă de măsurare bazată pe cuve, atinge o valoare relativă a concentrației de 8,2 × 10–10 803 .Acest lucru are ca rezultat o cale optică corespunzătoare de 803 cm (AEF × 1 cm), care este mult mai lungă decât lungimea fizică a MWC și chiar mai lungă decât cea mai lungă LWC disponibilă comercial (500 cm de la World Precision Instruments, Inc.).Doko Engineering LLC are o lungime de 200 cm).Această creștere neliniară a absorbției în LWC nu a fost raportată anterior.
Pe fig.6(a)-(c) arată o imagine optică, o imagine la microscop și, respectiv, o imagine de profiler optic a suprafeței interioare a secțiunii MWC.După cum se arată în fig.6(a), suprafața interioară este netedă și strălucitoare, poate reflecta lumina vizibilă și este foarte reflectorizant.După cum se arată în fig.6(b), datorită deformabilității și naturii cristaline a metalului, pe suprafața netedă apar mici mese și neregularități. Având în vedere suprafața mică (<5 μm×5 μm), rugozitatea celei mai multe suprafețe este mai mică de 1,2 nm (Fig. 6(c)). Având în vedere o suprafață mică (<5 μm×5 μm), rugozitatea celei mai multe suprafețe este mai mică de 1,2 nm (Fig. 6(c)). Ввиду малой площади (<5 мкм×5 мкм) шероховатость большей части поверхности составляет. (16ревляет). Datorită suprafeței mici (<5 µm×5 µm), rugozitatea majorității suprafeței este mai mică de 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 поверхноства поверхноства поверхноства поверхноства (верхноства поверхностей 12 мкм × 5 мкм), ис. 6(в)). Având în vedere suprafața mică (<5 µm × 5 µm), rugozitatea majorității suprafețelor este mai mică de 1,2 nm (Fig. 6(c)).
(a) Imagine optică, (b) imagine cu microscop și (c) imagine optică a suprafeței interne a tăieturii MWC.
După cum se arată în fig.7(a), calea optică LOP în capilar este determinată de unghiul de incidență θ (LOP = LC/sinθ, unde LC este lungimea fizică a capilarului).Pentru capilarele teflon AF umplute cu DI H2O, unghiul de incidență trebuie să fie mai mare decât unghiul critic de 77,8 °, astfel încât LOP este mai mic de 1,02 × LC fără îmbunătățiri suplimentare3.6.În timp ce, cu MWC, limitarea luminii în interiorul capilarului este independentă de indicele de refracție sau unghiul de incidență, astfel încât unghiul de incidență scade, calea luminii poate fi mult mai mare decât lungimea capilarului (LOP » LC).După cum se arată în fig.7(b), suprafața metalică ondulată poate induce împrăștierea luminii, ceea ce poate crește foarte mult calea optică.
Prin urmare, există două căi de lumină pentru MWC: lumină directă fără reflexie (LOP = LC) și lumină dinți de ferăstrău cu reflexii multiple între pereții laterali (LOP » LC).Conform legii lui Beer, intensitatea luminii directe și în zig-zag transmise poate fi exprimată ca PS×exp(-α×LC) și respectiv PZ×exp(-α×LOP), unde constanta α este coeficientul de absorbție, care depinde în întregime de concentrația de cerneală.
Pentru cerneala cu concentrație mare (de exemplu, concentrația asociată > 1,28 × 10-5), lumina în zig-zag este foarte atenuată și intensitatea ei este mult mai mică decât cea a luminii drepte, datorită coeficientului mare de absorbție și a drumului optic mult mai lung. Pentru cerneala cu concentrație mare (de exemplu, concentrația asociată >1,28 × 10-5), lumina în zig-zag este foarte atenuată și intensitatea sa este mult mai mică decât cea a luminii drepte, datorită coeficientului mare de absorbție și a căii sale optice mult mai lungi. Для чернил с высокой концентрацией (например, относительная концентрация >1,28 × 10-5) о затухает, а его интенсивность намного ниже, чем у прямого света, из-за большого большого намного ниже гораздо более длинного оптического излучения. Pentru cerneala cu concentratie mare (ex. concentratie relativa >1,28×10-5), lumina in zigzag este puternic atenuata si intensitatea ei este mult mai mica decat cea a luminii directe datorita coeficientului mare de absorbtie si a emisiei optice mult mai indelungate.urmări.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，其俜缌其伺嘴俉这伺厯浓度）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 大减 很 大 减 很 大 度 大 度光 ， 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 长 长 长Для чернил с высокой концентрацией (например, релевантные концентрации >1,28×10-5) зигитза голозбча ьно ослабляется, и его интенсивность намного ниже, чем у прямого света из-за больньшоцогого ниже я и более длительного оптического времени. Pentru cernelurile cu concentrație mare (de exemplu, concentrații relevante >1,28×10-5), lumina în zig-zag este atenuată semnificativ și intensitatea ei este mult mai mică decât cea a luminii directe datorită coeficientului mare de absorbție și timpului optic mai lung.drum mic.Astfel, lumina directă a dominat determinarea absorbanței (LOP=LC) și AEF a fost menținut constant la ~7,0. În schimb, atunci când coeficientul de absorbție scade odată cu scăderea concentrației de cerneală (de exemplu, concentrația asociată <1,28 × 10-5), intensitatea luminii în zig-zag crește mai rapid decât cea a luminii drepte și apoi lumina în zig-zag începe să joace un rol mai important. În schimb, atunci când coeficientul de absorbție scade odată cu scăderea concentrației de cerneală (de exemplu, concentrația asociată <1,28 × 10-5), intensitatea luminii în zig-zag crește mai rapid decât cea a luminii drepte și apoi lumina în zig-zag începe să joace un rol mai important. Напротив, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чапротния я концентрация <1,28 × 10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличивается быстремя, быстремя, загообразного света тем начинает играть зигзагообразный свет. Dimpotrivă, atunci când coeficientul de absorbție scade odată cu scăderea concentrației de cerneală (de exemplu, concentrația relativă <1,28×10-5), intensitatea luminii în zig-zag crește mai repede decât cea a luminii directe, apoi începe să joace lumina în zig-zag.rol mai important.相反，当吸收系数随着墨水浓度的降低而降低时（例如，相关浓度<1.28×10度度弌孉）彎而降低时（例如，相关浓度<1,28×10，反，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 ， 相兺， 相反， 18兺Ｆ 10-兺︦ 10-兺， ， 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 更 重要 更更 更 更 更 更 HI的角色。 И наоборот, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрациент поглощения уменьшается с уменьшением концентрациент поглощения ующая концентрация < 1,28×10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличивается интенсивность зигзагообразного света увеличиваетстре бя,гзного бразного зигзагообразный свет начинает играть более важную роль. În schimb, atunci când coeficientul de absorbție scade odată cu scăderea concentrației de cerneală (de exemplu, concentrația corespunzătoare < 1,28×10-5), intensitatea luminii în zig-zag crește mai repede decât lumina directă, iar apoi lumina în zig-zag începe să joace un rol mai important.personaj de rol.Prin urmare, datorită căii optice cu dinți de ferăstrău (LOP » LC), AEF poate fi crescut cu mult mai mult de 7,0.Caracteristicile precise de transmisie a luminii ale MWC pot fi obținute folosind teoria modului ghid de undă.
Pe lângă îmbunătățirea căii optice, comutarea rapidă a probelor contribuie și la limitele de detecție ultra-scăzute.Datorită volumului mic de MCC (0,16 ml), timpul necesar pentru schimbarea și schimbarea soluțiilor în MCC poate fi mai mic de 20 de secunde.După cum se arată în Figura 5, valoarea minimă detectabilă a AMWC (2,5 × 10–4) este de 4 ori mai mică decât cea a Acuvettei (1,0 × 10–3).Comutarea rapidă a soluției care curge în capilar reduce efectul zgomotului sistemului (de exemplu, deriva) asupra preciziei diferenței de absorbanță în comparație cu soluția de reținere din cuvă.De exemplu, așa cum se arată în fig.3(b)-(d), ΔV poate fi distins cu ușurință de un semnal de deriva datorită comutării rapide a probei în capilarul de volum mic.
După cum se arată în Tabelul 2, o serie de soluții de glucoză la diferite concentrații au fost preparate folosind DI H2O ca solvent.Probele colorate sau martor au fost preparate prin amestecarea soluției de glucoză sau a apei deionizate cu soluții cromogene de glucozooxidază (GOD) și peroxidază (POD) 37 într-un raport de volum fix de 3:1, respectiv.Pe fig.8 prezintă fotografii optice ale nouă probe colorate (S2-S10) cu concentrații de glucoză variind de la 2,0 mM (stânga) la 5,12 nM (dreapta).Roșeața scade odată cu scăderea concentrației de glucoză.
Rezultatele măsurătorilor probelor 4, 9 și 10 cu un fotometru bazat pe MWC sunt prezentate în Fig.9(a)-(c), respectiv.După cum se arată în fig.9(c), ΔV măsurat devine mai puțin stabil și crește încet în timpul măsurării, deoarece culoarea reactivului GOD-POD în sine (chiar și fără adăugarea de glucoză) se schimbă lent în lumină.Astfel, măsurătorile succesive ΔV nu pot fi repetate pentru probe cu o concentrație de glucoză mai mică de 5,12 nM (proba 10), deoarece atunci când ΔV este suficient de mic, instabilitatea reactivului GOD-POD nu mai poate fi neglijată.Prin urmare, limita de detecție pentru soluția de glucoză este de 5,12 nM, deși valoarea ΔV corespunzătoare (0,52 µV) este mult mai mare decât valoarea zgomotului (0,03 µV), ceea ce indică faptul că un ΔV mic poate fi încă detectat.Această limită de detecție poate fi îmbunătățită în continuare prin utilizarea de reactivi cromogeni mai stabili.
(a) Rezultatele măsurătorilor pentru proba 4, (b) proba 9 și (c) proba 10 utilizând un fotometru bazat pe MWC.
Absorbanța AMWC poate fi calculată folosind valorile măsurate Vcolor, Vblank și Vdark.Pentru un fotodetector cu un câștig de 105 V întuneric este -0,068 μV.Măsurătorile pentru toate probele pot fi stabilite în materialul suplimentar.Pentru comparație, probele de glucoză au fost, de asemenea, măsurate cu un spectrofotometru, iar absorbanța măsurată a Acuvettei a atins o limită de detecție de 0,64 pM (proba 7), așa cum se arată în Figura 10.
Relația dintre absorbanță și concentrație este prezentată în Figura 11. Cu fotometrul bazat pe MWC, a fost obținută o îmbunătățire de 125 de ori a limitei de detecție în comparație cu spectrofotometrul pe bază de cuvetă.Această îmbunătățire este mai mică decât testul cu cerneală roșie din cauza stabilității slabe a reactivului GOD-POD.S-a observat, de asemenea, o creștere neliniară a absorbanței la concentrații scăzute.
Fotometrul bazat pe MWC a fost dezvoltat pentru detectarea ultra-sensibilă a probelor lichide.Calea optică poate fi mult mărită și mult mai lungă decât lungimea fizică a MWC, deoarece lumina împrăștiată de pereții laterali ondulați de metal neted poate fi conținută în capilar, indiferent de unghiul de incidență.Concentrații de până la 5,12 nM pot fi atinse utilizând reactivi GOD-POD convenționali datorită noii amplificări optice neliniare și a comutării rapide a probei și a detectării glucozei.Acest fotometru compact și ieftin va fi utilizat pe scară largă în științele vieții și monitorizarea mediului pentru analiza urmelor.
După cum se arată în Figura 1, fotometrul bazat pe MWC constă dintr-un MWC de 7 cm lungime (diametrul interior 1,7 mm, diametrul exterior 3,18 mm, suprafață interioară electrolustruită clasa EP, capilar din oțel inoxidabil SUS316L), un LED cu lungime de undă de 505 nm (Thorlabs M505), un grad de răspândire variabil de lense (Thorlabs) labs PDB450C) și doi conectori T pentru comunicații optice și intrare/ieșire a lichidului.Conectorul în T este realizat prin lipirea unei plăci de cuarț transparentă la un tub de PMMA în care sunt introduse strâns și lipite tuburile MWC și Peek (0,72 mm ID, 1,6 mm OD, Vici Valco Corp.).O supapă cu trei căi conectată la tubul de admisie Pike este utilizată pentru a comuta proba de intrare.Fotodetectorul poate converti puterea optică primită P într-un semnal de tensiune amplificat N×V (unde V/P = 1,0 V/W la 1550 nm, câștigul N poate fi ajustat manual în intervalul 103-107).Pentru concizie, V este folosit în loc de N×V ca semnal de ieșire.
În comparație, un spectrofotometru comercial (serie Agilent Technologies Cary 300 cu R928 High Efficiency Photomultiplier) cu o celulă cuvetă de 1,0 cm a fost, de asemenea, utilizat pentru a măsura absorbanța probelor lichide.
Suprafața interioară a tăieturii MWC a fost examinată folosind un profiler optic de suprafață (ZYGO New View 5022) cu o rezoluție verticală și laterală de 0,1 nm și, respectiv, 0,11 µm.
Toate substanțele chimice (grad analitic, fără purificare ulterioară) au fost achiziționate de la Sichuan Chuangke Biotechnology Co., Ltd. Seturile de testare pentru glucoză includ glucoză oxidază (GOD), peroxidază (POD), 4-aminoantipirină și fenol etc. Soluția cromogenă a fost preparată prin metoda obișnuită GOD-POD 37.
După cum se arată în Tabelul 2, o gamă de soluții de glucoză la diferite concentrații au fost preparate folosind DI H2O ca diluant folosind o metodă de diluare în serie (a se vedea Materialele suplimentare pentru detalii).Se prepară probe colorate sau martor prin amestecarea soluției de glucoză sau a apei deionizate cu soluție cromogenă într-un raport de volum fix de 3:1, respectiv.Toate probele au fost păstrate la 37°C ferite de lumină timp de 10 minute înainte de măsurare.În metoda GOD-POD, probele colorate devin roșii cu un maxim de absorbție la 505 nm, iar absorbția este aproape proporțională cu concentrația de glucoză.
După cum se arată în Tabelul 1, o serie de soluții de cerneală roșie (Ostrich Ink Co., Ltd., Tianjin, China) au fost preparate prin metoda de diluare în serie folosind DI H2O ca solvent.
Cum să citez acest articol: Bai, M. et al.Fotometru compact bazat pe capilare metalice ghid de undă: pentru determinarea concentrațiilor nanomolare de glucoză.știința.5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
Dress, P. & Franke, H. Creșterea preciziei analizei lichidelor și controlului valorii pH-ului folosind un ghid de undă cu miez de lichid. Dress, P. & Franke, H. Creșterea preciziei analizei lichidelor și controlului valorii pH-ului folosind un ghid de undă cu miez de lichid.Dress, P. și Franke, H. Îmbunătățirea acurateței analizei lichidelor și controlului pH-ului cu un ghid de undă cu miez de lichid. Dress, P. & Franke, H. 使用液芯波导提高液体分析和pH 值控制的准确性。 Dress, P. & Franke, H. 使用液芯波导提高液体分析和pHDress, P. și Franke, H. Îmbunătățirea acurateței analizei lichidelor și controlului pH-ului folosind ghiduri de undă pentru miezul lichid.Treci la știință.metru.68, 2167–2171 (1997).
Li, QP, Zhang, J. -Z., Millero, FJ & Hansell, DA Determinarea colorimetrică continuă a urmei de amoniu în apa de mare cu o celulă capilară cu ghid de undă lichid cu cale lungă. Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ & Hansell, DA Determinarea colorimetrică continuă a urmei de amoniu în apa de mare cu o celulă capilară cu ghid de undă lichid pe cale lungă.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ și Hansel, DA Determinarea colorimetrică continuă a urmelor de amoniu în apa de mare folosind o celulă capilară cu un ghid de undă lichid. Li, QP, Zhang, J. -Z., Millero, FJ & Hansell, DA 用长程液体波导毛细管连续比色测定海水中的痕量铵。 Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ & Hansell, DA.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ și Hansel, DA Determinarea colorimetrică continuă a urmelor de amoniu în apa de mare folosind capilare de ghid de undă lichide cu rază lungă.Chimie în martie.96, 73–85 (2005).
Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS Analiza aplicațiilor recente ale celulei capilare cu ghid de undă lichid în tehnicile de analiză bazate pe flux pentru a îmbunătăți sensibilitatea metodelor de detecție spectroscopică. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS Analiza aplicațiilor recente ale celulei capilare cu ghid de undă lichid în tehnicile de analiză bazate pe flux pentru a îmbunătăți sensibilitatea metodelor de detecție spectroscopică.Pascoa, RNMJ, Toth, IV și Rangel, AOSS O revizuire a aplicațiilor recente ale celulei capilare cu ghid de undă lichid în tehnicile de analiză a fluxului pentru a îmbunătăți sensibilitatea metodelor de detecție spectroscopică. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV și 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 朌 毛细管 毛细管 木方法 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 敏度 灵 敏度 灵 敏度 灵 敏度敏度 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 灵敏度度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度Pascoa, RNMJ, Toth, IV și Rangel, AOSS O revizuire a aplicațiilor recente ale celulelor capilare cu ghid de undă lichid în metode analitice bazate pe flux pentru a îmbunătăți sensibilitatea metodelor de detecție spectroscopică.anus.Chim.Act 739, 1-13 (2012).
Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. și Shen, J. Investigarea grosimii filmelor Ag, AgI în capilar pentru ghiduri de undă goale. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. și Shen, J. Investigarea grosimii filmelor Ag, AgI în capilar pentru ghiduri de undă goale.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. și Shen J. Investigarea grosimii filmelor Ag, AgI în capilar pentru ghiduri de undă goale. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. și Shen, J. 中空波导毛细管中Ag、AgI 薄膜厚度的研究。 Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Cercetări privind grosimea filmului subțire de Ag și AgI în conducta de aer.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. și Shen J. Investigarea grosimii filmului subțire Ag, AgI în capilarele hollow guide de undă.Fizica în infraroșu.tehnologie 42, 501–508 (2001).
Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Determinarea concentrațiilor nanomolare de fosfat în apele naturale folosind injecția în flux cu o celulă capilară cu ghid de undă lichid cu lungimea lungă și detectarea spectrofotometrică în stare solidă. Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Determinarea concentrațiilor nanomolare de fosfat în apele naturale folosind injecția în flux cu o celulă capilară cu ghid de undă lichid cu lungimea lungă și detectarea spectrofotometrică în stare solidă.Gimbert, LJ, Haygarth, PM și Worsfold, PJ Determinarea concentrațiilor de fosfat nanomolar în apele naturale utilizând injecția în flux cu o celulă capilară cu ghid de undă lichid și detecția spectrofotometrică în stare solidă. Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ.摩尔浓度的磷酸盐。 Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Determinarea concentrației de fosfat în apa naturală folosind o seringă lichidă și un tub capilar cu ghid de undă lichid cu rază lungă.Gimbert, LJ, Haygarth, PM și Worsfold, PJ Determinarea fosfatului nanomolar în apă naturală folosind fluxul de injecție și ghidul de undă capilar cu cale optică lungă și detecție spectrofotometrică în stare solidă.Taranta 71, 1624–1628 (2007).
Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Linearity and effective optical pathlength of liquid waveguide capilar cells. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Linearity and effective optical pathlength of liquid waveguide capilar cells.Belz M., Dress P., Suhitsky A. și Liu S. Linearity and effective optical path length in liquid waveguides in capilar cells. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. 液体波导毛细管细胞的线性和有效光程长度。 Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Linearitatea și lungimea efectivă a apei lichide.Belz M., Dress P., Suhitsky A. și Liu S. Linear and effective optical path length in capilar cell liquid wave.SPIE 3856, 271–281 (1999).
Dallas, T. & Dasgupta, PK Lumina la capătul tunelului: aplicații analitice recente ale ghidurilor de undă cu miez lichid. Dallas, T. & Dasgupta, PK Lumina la capătul tunelului: aplicații analitice recente ale ghidurilor de undă cu miez lichid.Dallas, T. și Dasgupta, PK Lumina la capătul tunelului: aplicații analitice recente ale ghidurilor de undă cu miez lichid. Dallas, T. și Dasgupta, PK Lumina de la capătul tunelului：液芯波导的最新分析应用。 Dallas, T. și Dasgupta, PK Lumina de la capătul tunelului：液芯波导的最新分析应用。Dallas, T. și Dasgupta, PK Lumina la capătul tunelului: cea mai recentă aplicație analitică a ghidurilor de undă cu miez lichid.TRAC, analiza tendințelor.Chimic.23, 385–392 (2004).
Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID O celulă de detecție fotometrică cu reflexie internă totală versatilă pentru analiza fluxului. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID O celulă de detecție fotometrică cu reflexie internă totală versatilă pentru analiza fluxului.Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR și McKelvey, ID Celulă fotometrică de reflexie internă totală universală pentru analiza fluxului. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID 用于流量分析的多功能全内反射光度检测池。 Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, IDEllis, PS, Gentle, BS, Grace, MR și McKelvey, ID Celulă fotometrică TIR universală pentru analiza fluxului.Taranta 79, 830–835 (2009).
Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID Celulă de flux fotometrică cu reflexie multiplă pentru utilizarea în analiza injecției de curgere a apelor estuare. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID Celulă de flux fotometrică cu reflexie multiplă pentru utilizarea în analiza injecției de curgere a apelor estuare.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ și McKelvey, ID O celulă de flux fotometrică cu reflexie multiplă pentru utilizarea în analiza debitului apelor estuare. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ și McKelvie, ID 多反射光度流动池，用于河口水域的流动注入分析。 Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ și McKelvie, ID.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ și McKelvey, ID O celulă de flux fotometrică cu reflectare multiplă pentru analiza injecției de curgere în apele estuariene.anus Chim.Acta 499, 81-89 (2003).
Pan, J. -Z., Yao, B. & Fang, Q. Fotometru portabil bazat pe detectarea absorbției ghidului de undă cu miez lichid pentru probe la scară nanolitrică. Pan, J.-Z., Yao, B. & Fang, Q. Fotometru portabil bazat pe detectarea absorbției ghidului de undă cu miez lichid pentru probe la scară nanolitrică.Pan, J.-Z., Yao, B. și Fang, K. Un fotometru de mână bazat pe detectarea absorbției lungimii de undă a miezului lichid pentru probe la scară nanolitrică. Pan, J. -Z., Yao, B. & Fang, Q. 基于液芯波导吸收检测的纳升级样品手持光度计。 Pan, J.-Z., Yao, B. & Fang, Q. Bazat pe 液芯波波水水水油法的纳法手手手持光度计。Pan, J.-Z., Yao, B. și Fang, K. Un fotometru de mână cu o probă la scară nanometrică bazată pe detectarea absorbției într-o undă de miez lichid.anus Chimic.82, 3394–3398 (2010).
Zhang, J.-Z.Creșteți sensibilitatea analizei fluxului de injecție prin utilizarea unei celule de flux capilară cu o cale optică lungă pentru detectarea spectrofotometrică.anus.știința.22, 57–60 (2006).
D'Sa, EJ & Steward, RG Aplicarea ghidului de undă capilar lichid în spectroscopie de absorbanță (Răspuns la comentariul lui Byrne și Kaltenbacher). D'Sa, EJ & Steward, RG Aplicarea ghidului de undă capilar lichid în spectroscopie de absorbanță (Răspuns la comentariul lui Byrne și Kaltenbacher).D'Sa, EJ și Steward, RG Aplicații ale ghidurilor de undă capilare lichide în spectroscopie de absorbție (Răspuns la comentariile lui Byrne și Kaltenbacher). D'Sa, EJ & Steward, RG 液体毛细管波导在吸收光谱中的应用（回复Byrne 和Kaltenbacher 的评论）。 D'Sa, EJ & Steward, RG Aplicarea spectrului de absorbție lichid 毛绿波波对在（回复Byrne和Kaltenbacher的评论）.D'Sa, EJ și Steward, RG Ghiduri de undă capilare lichide pentru spectroscopie de absorbție (ca răspuns la comentariile lui Byrne și Kaltenbacher).limonol.Oceanograf.46, 742–745 (2001).
Khijwania, SK & Gupta, BD Senzor de absorbție a câmpului evanescent cu fibră optică: Efectul parametrilor fibrei și geometria sondei. Khijwania, SK & Gupta, BD Senzor de absorbție a câmpului evanescent cu fibră optică: Efectul parametrilor fibrei și geometria sondei.Hijvania, SK și Gupta, BD Senzor de absorbție a câmpului evanescent cu fibră optică: influența parametrilor fibrei și a geometriei sondei. Khijwania, SK & Gupta, BD 光纤倏逝场吸收传感器：光纤参数和探头几何形状的影响。 Khijwania, SK și Gupta, BDHijvania, SK și Gupta, BD Senzori cu fibră optică de absorbție a câmpului evanescent: influența parametrilor fibrei și geometria sondei.Optics and Quantum Electronics 31, 625–636 (1999).
Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Ieșirea unghiulară a senzorilor Raman cu ghid de undă, căptușiți cu metal. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Ieșirea unghiulară a senzorilor Raman cu ghid de undă, căptușiți cu metal.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. și Woodruff, SD Ieșirea unghiulară a senzorilor Raman cu ghid de undă gol cu ​​căptușeală metalică. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD 空心金属内衬波导拉曼传感器的角输出。 Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. și Woodruff, SD Ieșirea unghiulară a unui senzor Raman cu un ghid de undă metalic.cerere de alegere 51, 2023-2025 (2012).
Harrington, JA O prezentare generală a ghidurilor de undă goale pentru transmisia IR.integrarea fibrelor.a alege.19, 211–227 (2000).