Ďakujeme, že ste navštívili Nature.com.Verzia prehliadača, ktorú používate, má obmedzenú podporu CSS.Pre najlepší zážitok vám odporúčame použiť aktualizovaný prehliadač (alebo vypnúť režim kompatibility v programe Internet Explorer).Medzitým, aby sme zabezpečili nepretržitú podporu, vykreslíme stránku bez štýlov a JavaScriptu.
Stopová analýza kvapalných vzoriek má širokú škálu aplikácií v biologických vedách a monitorovaní životného prostredia.V tejto práci sme vyvinuli kompaktný a lacný fotometer založený na kovových vlnovodných kapilárach (MCC) na ultrasenzitívne stanovenie absorpcie.Optická dráha môže byť značne zväčšená a oveľa dlhšia ako fyzická dĺžka MWC, pretože svetlo rozptýlené vlnitými hladkými kovovými bočnými stenami môže byť obsiahnuté v kapiláre bez ohľadu na uhol dopadu.Vďaka novej nelineárnej optickej amplifikácii a rýchlemu prepínaniu vzoriek a detekcii glukózy možno dosiahnuť tak nízke koncentrácie ako 5,12 nM pomocou bežných chromogénnych činidiel.
Fotometria sa široko používa na stopovú analýzu kvapalných vzoriek kvôli množstvu dostupných chromogénnych činidiel a polovodičových optoelektronických zariadení1,2,3,4,5.V porovnaní s tradičným stanovením absorbancie na báze kyviet, kapiláry kvapalného vlnovodu (LWC) odrážajú (TIR) ​​tým, že udržiavajú svetlo sondy vo vnútri kapiláry1,2,3,4,5.Bez ďalšieho zlepšenia je však optická dráha len blízka fyzickej dĺžke LWC3,6 a zvýšenie dĺžky LWC nad 1,0 m bude trpieť silným zoslabením svetla a vysokým rizikom bublín atď.3, 7. S ohľadom na navrhovanú viacodrazovú kyvetu na zlepšenie optickej dráhy je limit detekcie vylepšený len o faktor 2,5-8,9.
V súčasnosti existujú dva hlavné typy LWC, a to teflónové AF kapiláry (s indexom lomu iba ~1,3, čo je nižší ako index lomu vody) a kremičité kapiláry potiahnuté teflónovým AF alebo kovovými filmami1,3,4.Na dosiahnutie TIR na rozhraní medzi dielektrickými materiálmi sú potrebné materiály s nízkym indexom lomu a vysokými uhlami dopadu svetla3,6,10.Pokiaľ ide o kapiláry Teflon AF, Teflón AF je priedušný vďaka svojej poréznej štruktúre3,11 a môže absorbovať malé množstvá látok vo vzorkách vody.Pre kremenné kapiláry potiahnuté na vonkajšej strane teflónom AF alebo kovom je index lomu kremeňa (1,45) vyšší ako u väčšiny kvapalných vzoriek (napr. 1,33 pre vodu)3,6,12,13.Pre kapiláry potiahnuté kovovým filmom vo vnútri sa skúmali transportné vlastnosti14,15,16,17,18, ale proces poťahovania je komplikovaný, povrch kovového filmu má drsnú a poréznu štruktúru4,19.
Okrem toho komerčné LWC (AF Teflon Coated Capillaries a AF Teflón Coated Silica Capillaries, World Precision Instruments, Inc.) majú niektoré ďalšie nevýhody, ako napríklad: pre poruchy..Veľký mŕtvy objem TIR3,10, (2) T-konektora (na pripojenie kapilár, vlákien a prívodných/výstupných rúrok) môže zachytiť vzduchové bubliny10.
Stanovenie hladín glukózy má zároveň veľký význam pre diagnostiku cukrovky, cirhózy pečene a duševných chorôb20.a mnoho detekčných metód, ako je fotometria (vrátane spektrofotometrie 21, 22, 23, 24, 25 a kolorimetrie na papieri 26, 27, 28), galvanometria 29, 30, 31, fluorometria 32, 33, 34, 35, optická povrchová polarimetria, plazmónová rezonancia 3637, Fabry-Perotova dutina 38, elektrochémia 39 a kapilárna elektroforéza 40, 41 a tak ďalej.Väčšina týchto metód však vyžaduje drahé vybavenie a detekcia glukózy pri niekoľkých nanomolárnych koncentráciách zostáva výzvou (napríklad pre fotometrické merania21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, najnižšia koncentrácia glukózy).obmedzenie bolo len 30 nM, keď sa nanočastice pruskej modrej použili ako napodobeniny peroxidázy).Nanomolárne analýzy glukózy sú často potrebné pre bunkové štúdie na molekulárnej úrovni, ako je inhibícia rastu ľudskej rakoviny prostaty42 a správanie sa Prochlorococcus pri fixácii CO2 v oceáne.
V tomto článku bol vyvinutý kompaktný, lacný fotometer založený na kovovej vlnovodnej kapiláre (MWC), kapiláre z nehrdzavejúcej ocele SUS316L s elektrolyticky lešteným vnútorným povrchom, na stanovenie ultracitlivej absorpcie.Pretože svetlo môže byť zachytené vo vnútri kovových kapilár bez ohľadu na uhol dopadu, optická dráha sa môže značne zvýšiť rozptylom svetla na vlnitých a hladkých kovových povrchoch a je oveľa dlhšia ako fyzická dĺžka MWC.Okrem toho bol pre optické pripojenie a vstup/výstup tekutiny navrhnutý jednoduchý T-konektor, aby sa minimalizoval mŕtvy objem a zabránilo sa zachyteniu bublín.Pre 7 cm MWC fotometer je detekčný limit vylepšený asi 3000-krát v porovnaní s komerčným spektrofotometrom s 1 cm kyvetou vďaka novému vylepšeniu nelineárnej optickej dráhy a rýchlemu prepínaniu vzoriek a je možné dosiahnuť aj koncentráciu detekcie glukózy.iba 5,12 nM pri použití bežných chromogénnych činidiel.
Ako je znázornené na obrázku 1, fotometer založený na MWC pozostáva zo 7 cm dlhého MWC s vnútorným povrchom s elektrolyticky lešteným EP, 505 nm LED so šošovkou, fotodetektora s nastaviteľným ziskom a dvoch pre optickú väzbu a prívod kvapaliny.VÝCHOD.Na prepínanie prichádzajúcej vzorky sa používa trojcestný ventil pripojený k vstupnej trubici Pike.Rúrka Peek tesne prilieha ku kremennej doske a MWC, takže mŕtvy objem v T-konektore je obmedzený na minimum, čím sa účinne bráni zachyteniu vzduchových bublín.Okrem toho môže byť kolimovaný lúč ľahko a efektívne zavedený do MWC cez T-kus kremennej dosky.
Lúč a vzorka kvapaliny sa zavádzajú do MCC cez T-kus a lúč prechádzajúci cez MCC je prijímaný fotodetektorom.Prichádzajúce roztoky zafarbených alebo slepých vzoriek sa striedavo zavádzali do ICC cez trojcestný ventil.Podľa Beerovho zákona možno z rovnice vypočítať optickú hustotu farebnej vzorky.1.10
kde Vcolor a Vblank sú výstupné signály fotodetektora, keď sú do MCC vložené farebné a prázdne vzorky, a Vtmavý je signál pozadia fotodetektora, keď je LED vypnutá.Zmenu výstupného signálu ΔV = Vcolor–Vblank možno merať prepínaním vzoriek.Podľa rovnice.Ako je znázornené na obrázku 1, ak je ΔV oveľa menšie ako Vblank–Vdark, pri použití schémy prepínania vzorkovania môžu mať malé zmeny Vblank (napr. drift) malý vplyv na hodnotu AMWC.
Na porovnanie výkonu fotometra na báze MWC s kyvetovým spektrofotometrom sa ako vzorka farby použil roztok červeného atramentu z dôvodu jeho vynikajúcej farebnej stability a dobrej linearity koncentrácie a absorbancie, DI H2O ako slepá vzorka..Ako je uvedené v tabuľke 1, séria roztokov červeného atramentu sa pripravila metódou sériového riedenia s použitím DI H20 ako rozpúšťadla.Relatívna koncentrácia vzorky 1 (S1), neriedenej pôvodnej červenej farby, bola stanovená ako 1,0.Na obr.Obrázok 2 ukazuje optické fotografie 11 vzoriek červeného atramentu (S4 až S14) s relatívnymi koncentráciami (uvedenými v tabuľke 1) v rozmedzí od 8,0 × 10–3 (vľavo) do 8,2 × 10–10 (vpravo).
Výsledky merania pre vzorku 6 sú znázornené na obr.3(a).Body prepínania medzi zafarbenými a slepými vzorkami sú na obrázku označené dvojitými šípkami „↔“.Je vidieť, že výstupné napätie sa rýchlo zvyšuje pri prechode z farebných vzoriek na prázdne vzorky a naopak.Vcolor, Vblank a zodpovedajúce ΔV je možné získať tak, ako je znázornené na obrázku.
(a) Výsledky merania pre vzorku 6, (b) vzorku 9, (c) vzorku 13 a (d) vzorku 14 pomocou fotometra na báze MWC.
Výsledky meraní vzoriek 9, 13 a 14 sú znázornené na obr.3(b)-(d).Ako je znázornené na obrázku 3(d), namerané ΔV je len 5 nV, čo je takmer 3-násobok hodnoty šumu (2 nV).Malé ΔV je ťažké odlíšiť od hluku.Limit detekcie teda dosiahol relatívnu koncentráciu 8,2×10-10 (vzorka 14).Pomocou rovníc.1. Absorbanciu AMWC je možné vypočítať z nameraných hodnôt Vcolor, Vblank a Vdark.Pre fotodetektor so ziskom 104 V je tma -0,68 μV.Výsledky meraní pre všetky vzorky sú zhrnuté v tabuľke 1 a možno ich nájsť v doplnkovom materiáli.Ako je uvedené v tabuľke 1, absorbancia zistená pri vysokých koncentráciách sa nasýti, takže absorbanciu nad 3,7 nemožno merať pomocou spektrometrov na báze MWC.
Na porovnanie sa spektrofotometrom zmerala aj vzorka červeného atramentu a nameraná absorbancia akuvety je znázornená na obrázku 4. Hodnoty akuvety pri 505 nm (ako je uvedené v tabuľke 1) sa získali odkazom na krivky vzoriek 10, 11 alebo 12 (ako je znázornené na vložke).na obr. 4) ako základnú čiaru.Ako je znázornené, detekčný limit dosiahol relatívnu koncentráciu 2,56 x 10-6 (vzorka 9), pretože absorpčné krivky vzoriek 10, 11 a 12 boli navzájom nerozoznateľné.Pri použití fotometra na báze MWC sa teda detekčný limit zlepšil o faktor 3125 v porovnaní s kyvetovým spektrofotometrom.
Závislosť absorpcie-koncentrácie je znázornená na obr.5.Pri kyvetových meraniach je absorbancia úmerná koncentrácii atramentu pri dĺžke dráhy 1 cm.Zatiaľ čo pri meraniach na báze MWC sa pri nízkych koncentráciách pozoroval nelineárny nárast absorbancie.Podľa Beerovho zákona je absorbancia úmerná dĺžke optickej dráhy, takže zisk absorpcie AEF (definovaný ako AEF = AMWC/Acuvette pri rovnakej koncentrácii atramentu) je pomer MWC k dĺžke optickej dráhy kyvety.Ako je znázornené na obrázku 5, pri vysokých koncentráciách je konštantná hodnota AEF okolo 7,0, čo je rozumné, pretože dĺžka MWC je presne 7-krát väčšia ako dĺžka 1 cm kyvety. Avšak pri nízkych koncentráciách (súvisiaca koncentrácia <1,28 × 10-5 ) sa AEF zvyšuje s klesajúcou koncentráciou a extrapoláciou krivky merania na báze kyviet by dosiahla hodnotu 803 pri súvisiacej koncentrácii 8,2 × 10-10. Avšak pri nízkych koncentráciách (súvisiaca koncentrácia <1,28 × 10-5 ) sa AEF zvyšuje s klesajúcou koncentráciou a extrapoláciou krivky merania na báze kyviet by dosiahla hodnotu 803 pri súvisiacej koncentrácii 8,2 × 10-10. Однако при низких концентрациях (относительная концентрация <1,28 × 10–5) AEF увелемшивеснелемчивеснелемчиваненелемчивая нцентрации и может достигать значения 803 при относительной концентрации 8,2 × 10 – 10 ой измерения на основе кюветы. Avšak pri nízkych koncentráciách (relatívna koncentrácia <1,28 × 10–5) sa AEF zvyšuje s klesajúcou koncentráciou a môže dosiahnuť hodnotu 803 pri relatívnej koncentrácii 8,2 × 10–10, keď sa extrapoluje z krivky merania založenej na kyvete.然而，在低浓度（相关浓度<1,28 × 10-5 ）下，AEF 随着浓度的降低而埶于樔樀埶躎攎樔埶夶喎且倶夶色皿的测量曲线，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 耶应交低 耶应交䎀 忶应交令 忶应交令 忶度比色皿 测量 曲线 ， 在 浓度 为 8,2 × 10-10 时 达到 达到 达到 达到 达到。 803 Однако при низких концентрациях (релевантные концентрации < 1,28 × 10-5) онцентрации, при экстраполяции кривой измерения на основе кюветы она достигатоитонитонзная нцентрации 8,2 × 10–10 803 . Pri nízkych koncentráciách (relevantné koncentrácie < 1,28 × 10-5) sa však AED zvyšuje s klesajúcou koncentráciou a pri extrapolácii z kyvetovej meracej krivky dosiahne hodnotu relatívnej koncentrácie 8,2 × 10–10 803 .Výsledkom je zodpovedajúca optická dráha 803 cm (AEF × 1 cm), ktorá je oveľa dlhšia ako fyzická dĺžka MWC a dokonca dlhšia ako najdlhšia komerčne dostupná LWC (500 cm od World Precision Instruments, Inc.).Doko Engineering LLC má dĺžku 200 cm).Toto nelineárne zvýšenie absorpcie v LWC nebolo predtým hlásené.
Na obr.6(a)-(c) znázorňujú optický obraz, mikroskopický obraz a obraz z optického profilovacieho prístroja vnútorného povrchu MWC sekcie.Ako je znázornené na obr.6(a), vnútorný povrch je hladký a lesklý, môže odrážať viditeľné svetlo a je vysoko reflexný.Ako je znázornené na obr.6(b), v dôsledku deformovateľnosti a kryštalickej povahy kovu sa na hladkom povrchu objavujú malé medzivrstvy a nepravidelnosti. Vzhľadom na malú plochu (<5 μm × 5 μm) je drsnosť väčšiny povrchu menšia ako 1,2 nm (obr. 6(c)). Vzhľadom na malú oblasť (<5 μm × 5 μm) je drsnosť väčšiny povrchu menšia ako 1,2 nm (obr. 6(c)). Ввиду малой площади (<5 мкм×5 мкм) шероховатость большей части поверхностен 1 поверхностенев 1 (Rис. 6(в)). Kvôli malej ploche (<5 µm × 5 µm) je drsnosť väčšiny povrchu menšia ako 1,2 nm (obr. 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 большийнствахнстовенятва повеняря ее 1,2 нм (рис. 6(в)). Vzhľadom na malú plochu (<5 µm × 5 µm) je drsnosť väčšiny povrchov menšia ako 1,2 nm (obr. 6(c)).
(a) Optický obraz, (b) mikroskopický obraz a (c) optický obraz vnútorného povrchu rezu MWC.
Ako je znázornené na obr.7(a), optická dráha LOP v kapiláre je určená uhlom dopadu 9 (LOP = LC/sin9, kde LC je fyzická dĺžka kapiláry).Pre teflónové AF kapiláry naplnené DI H2O musí byť uhol dopadu väčší ako kritický uhol 77,8°, takže LOP je menej ako 1,02 × LC bez ďalšieho zlepšenia3.6.Zatiaľ čo pri MWC je obmedzenie svetla vo vnútri kapiláry nezávislé od indexu lomu alebo uhla dopadu, takže keď sa uhol dopadu zmenšuje, dráha svetla môže byť oveľa dlhšia ako dĺžka kapiláry (LOP » LC).Ako je znázornené na obr.7(b), vlnitý kovový povrch môže vyvolať rozptyl svetla, čo môže výrazne zvýšiť optickú dráhu.
Preto existujú dve svetelné dráhy pre MWC: priame svetlo bez odrazu (LOP = LC) a pílovité svetlo s viacnásobnými odrazmi medzi bočnými stenami (LOP » LC).Podľa Beerovho zákona možno intenzitu prenášaného priameho a cik-cak svetla vyjadriť ako PS×exp(-α×LC) respektíve PZ×exp(-α×LOP), kde konštanta α je koeficient absorpcie, ktorý úplne závisí od koncentrácie atramentu.
Pre atrament s vysokou koncentráciou (napr. súvisiaca koncentrácia > 1,28 × 10-5) je kľukaté svetlo vysoko zoslabené a jeho intenzita je oveľa nižšia ako intenzita priameho svetla v dôsledku veľkého absorpčného koeficientu a jeho oveľa dlhšej optickej dráhy. Pre atrament s vysokou koncentráciou (napr. súvisiaca koncentrácia > 1,28 × 10-5) je kľukaté svetlo vysoko zoslabené a jeho intenzita je oveľa nižšia ako intenzita priameho svetla v dôsledku veľkého absorpčného koeficientu a oveľa dlhšej optickej dráhy. Для чернил с высокой концентрацией (например, относительная концентрация > 1,28 × 10-5) т сильно затухает, а его интенсивность намного ниже, чем у прямого света, изо-озена та поглощения a гораздо более длинного оптического излучения. Pre atrament s vysokou koncentráciou (napr. relatívna koncentrácia >1,28×10-5) je kľukaté svetlo silne zoslabené a jeho intenzita je oveľa nižšia ako intenzita priameho svetla v dôsledku veľkého absorpčného koeficientu a oveľa dlhšej optickej emisie.trať.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，兿嘉伦度贙曉伌度贻嘉伺度莿崽由于吸收系数大，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 莈 囧 䎼 忼 囧 低 忼光 ， 这 是 吸收 系数 大 光学 时间 更。。。 长 长 长 长 长 长 长 镕 长 镕 长Для чернил с высокой концентрацией (например, релевантные концентрации > 1,28×10-5) зионасвзазонаснер чительно ослабляется, a его интенсивность намного ниже, чем у прямобляезозогозозогого света изоэгого изозого изоже циента поглощения a более длительного оптического времени. Pre atramenty s vysokou koncentráciou (napr. relevantné koncentrácie > 1,28 × 10-5) je kľukaté svetlo výrazne zoslabené a jeho intenzita je oveľa nižšia ako intenzita priameho svetla v dôsledku veľkého absorpčného koeficientu a dlhšieho optického času.malá cesta.Pri určovaní absorbancie teda dominovalo priame svetlo (LOP=LC) a AEF sa udržiavala konštantná na -7,0. Naproti tomu, keď sa absorpčný koeficient znižuje s klesajúcou koncentráciou atramentu (napr. súvisiaca koncentrácia <1,28 × 10-5), intenzita cik-cak svetla sa zvyšuje rýchlejšie ako intenzita priameho svetla a potom cik-cak svetlo začína hrať dôležitejšiu úlohu. Naproti tomu, keď sa absorpčný koeficient znižuje s klesajúcou koncentráciou atramentu (napr. súvisiaca koncentrácia <1,28 × 10-5), intenzita cik-cak svetla sa zvyšuje rýchlejšie ako intenzita priameho svetla a potom cik-cak svetlo začína hrať dôležitejšiu úlohu. Напротив, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением конциентринтра носительная концентрация <1,28 × 10-5), интенсивность зигзагообразного света уветсеячиваретеличиварета ямого света, и затем начинает играть зигзагообразный свет. Naopak, keď koeficient absorpcie klesá s klesajúcou koncentráciou atramentu (napríklad relatívna koncentrácia <1,28×10-5), intenzita cik-cak svetla narastá rýchlejšie ako priameho svetla a potom začne hrať kľukaté svetlo.dôležitejšiu úlohu.相反，当吸收系数随着墨水浓度的降低而降低而降低时（例如，相关浓度孼绉ﺢ度孄-5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 ３ 禺如 ３ 禺如 28 浜 浓 囸关 海1 ， 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 洛更 更 更 更 更 HI的角色。 И наоборот, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концирентринт соответствующая концентрация < 1,28×10-5), интенсивность зигзагообразного света уверелиь прямого, и тогда зигзагообразный свет начинает играть более важную роль. Naopak, keď koeficient absorpcie klesá s klesajúcou koncentráciou atramentu (napríklad zodpovedajúca koncentrácia < 1,28×10-5), intenzita cik-cak svetla narastá rýchlejšie ako priameho svetla a vtedy cik-cak svetlo začína hrať dôležitejšiu úlohu.rolový charakter.Preto vďaka pílovej optickej dráhe (LOP » LC) môže byť AEF zvýšená oveľa viac ako 7,0.Presné charakteristiky prenosu svetla MWC možno získať pomocou teórie vlnovodu.
Okrem zlepšenia optickej dráhy prispieva k ultranízkym limitom detekcie aj rýchle prepínanie vzoriek.Kvôli malému objemu MCC (0,16 ml) môže byť čas potrebný na výmenu a výmenu roztokov v MCC kratší ako 20 sekúnd.Ako je znázornené na obrázku 5, minimálna detegovateľná hodnota AMWC (2,5 × 10–4) je 4-krát nižšia ako hodnota Acuvette (1,0 × 10–3).Rýchle prepínanie prúdiaceho roztoku v kapiláre znižuje vplyv šumu systému (napr. drift) na presnosť rozdielu absorbancie v porovnaní s retenčným roztokom v kyvete.Napríklad, ako je znázornené na obr.3(b)-(d), AV možno ľahko rozlíšiť od driftového signálu v dôsledku rýchleho prepínania vzoriek v kapiláre s malým objemom.
Ako je uvedené v tabuľke 2, s použitím DI H20 ako rozpúšťadla sa pripravil rad roztokov glukózy v rôznych koncentráciách.Zafarbené alebo slepé vzorky boli pripravené zmiešaním roztoku glukózy alebo deionizovanej vody s chromogénnymi roztokmi glukózooxidázy (GOD) a peroxidázy (POD) 37 v pevnom objemovom pomere 3:1.Na obr.8 ukazuje optické fotografie deviatich zafarbených vzoriek (S2-S10) s koncentráciami glukózy v rozsahu od 2,0 mM (vľavo) do 5,12 nM (vpravo).Začervenanie sa znižuje s klesajúcou koncentráciou glukózy.
Výsledky meraní vzoriek 4, 9 a 10 fotometrom na báze MWC sú znázornené na obr.9(a)-(c).Ako je znázornené na obr.9(c), namerané AV sa stáva menej stabilným a pomaly sa zvyšuje počas merania, keď sa farba samotného činidla GOD-POD (aj bez pridania glukózy) pomaly mení vo svetle.Následné merania ΔV teda nemožno opakovať pre vzorky s koncentráciou glukózy nižšou ako 5,12 nM (vzorka 10), pretože keď je ΔV dostatočne malý, nestabilitu činidla GOD-POD už nemožno zanedbávať.Preto je limit detekcie pre roztok glukózy 5,12 nM, aj keď zodpovedajúca hodnota AV (0,52 uV) je oveľa väčšia ako hodnota šumu (0,03 uV), čo naznačuje, že stále možno detegovať malé AV.Tento detekčný limit možno ďalej zlepšiť použitím stabilnejších chromogénnych činidiel.
(a) Výsledky merania pre vzorku 4, (b) vzorku 9 a (c) vzorku 10 pomocou fotometra na báze MWC.
Absorbanciu AMWC je možné vypočítať pomocou nameraných hodnôt Vcolor, Vblank a Vdark.Pre fotodetektor so ziskom 105 V je tma -0,068 μV.Merania pre všetky vzorky je možné nastaviť v doplnkovom materiáli.Na porovnanie sa vzorky glukózy merali aj spektrofotometrom a nameraná absorbancia Acuvette dosiahla detekčný limit 0,64 uM (vzorka 7), ako je znázornené na obrázku 10.
Vzťah medzi absorbanciou a koncentráciou je znázornený na obrázku 11. S fotometrom na báze MWC sa dosiahlo 125-násobné zlepšenie limitu detekcie v porovnaní so spektrofotometrom na báze kyvety.Toto zlepšenie je nižšie ako pri teste s červeným atramentom kvôli zlej stabilite činidla GOD-POD.Pozorovalo sa aj nelineárne zvýšenie absorbancie pri nízkych koncentráciách.
Fotometer na báze MWC bol vyvinutý na ultracitlivú detekciu kvapalných vzoriek.Optická dráha môže byť značne zväčšená a oveľa dlhšia ako fyzická dĺžka MWC, pretože svetlo rozptýlené vlnitými hladkými kovovými bočnými stenami môže byť obsiahnuté v kapiláre bez ohľadu na uhol dopadu.Vďaka novej nelineárnej optickej amplifikácii a rýchlemu prepínaniu vzoriek a detekcii glukózy je možné dosiahnuť koncentrácie tak nízke ako 5,12 nM pomocou konvenčných činidiel GOD-POD.Tento kompaktný a lacný fotometer bude široko používaný v biologických vedách a monitorovaní životného prostredia na stopovú analýzu.
Ako je znázornené na obrázku 1, fotometer založený na MWC pozostáva zo 7 cm dlhého MWC (vnútorný priemer 1,7 mm, vonkajší priemer 3,18 mm, vnútorný povrch EP trieda elektrolyticky leštený, kapilára z nehrdzavejúcej ocele SUS316L), LED s vlnovou dĺžkou 505 nm (Thorlabs M505F1) a šošovky (Thorlabs M505F1) a šošovky (Thorlabs M505F1) s premenlivým rozptylom lúča TPDB6.50C. -konektory pre optickú komunikáciu a kvapalinový vstup/výstup.T-konektor je vyrobený prilepením priehľadnej kremennej platne k PMMA trubici, do ktorej sú pevne vložené a prilepené trubice MWC a Peek (0,72 mm vnútorný priemer, 1,6 mm vonkajší priemer, Vici Valco Corp.).Na prepínanie prichádzajúcej vzorky sa používa trojcestný ventil pripojený k vstupnej trubici Pike.Fotodetektor dokáže konvertovať prijímaný optický výkon P na zosilnený napäťový signál N×V (kde V/P = 1,0 V/W pri 1550 nm, zisk N možno manuálne nastaviť v rozsahu 103-107).Kvôli stručnosti sa ako výstupný signál používa V namiesto N×V.
Na porovnanie, na meranie absorbancie kvapalných vzoriek sa použil aj komerčný spektrofotometer (séria Agilent Technologies Cary 300 s vysokoúčinným fotonásobičom R928) s 1,0 cm kyvetovou kyvetou.
Vnútorný povrch rezu MWC sa skúmal pomocou optického profilovača povrchu (ZYGO New View 5022) s vertikálnym a laterálnym rozlíšením 0,1 nm a 0,11 um.
Všetky chemikálie (analytická kvalita, bez ďalšieho čistenia) boli zakúpené od Sichuan Chuangke Biotechnology Co., Ltd. Glukózové testovacie súpravy zahŕňajú glukózooxidázu (GOD), peroxidázu (POD), 4-aminoantipyrín a fenol, atď. Chromogénny roztok bol pripravený zvyčajnou metódou GOD-POD 37.
Ako je uvedené v tabuľke 2, rad roztokov glukózy v rôznych koncentráciách sa pripravil s použitím DI H20 ako riedidla pomocou metódy sériového riedenia (podrobnosti nájdete v doplnkových materiáloch).Pripravte zafarbené alebo slepé vzorky zmiešaním roztoku glukózy alebo deionizovanej vody s chromogénnym roztokom v pevnom objemovom pomere 3:1.Všetky vzorky boli pred meraním skladované pri 37 °C chránené pred svetlom počas 10 minút.Pri metóde GOD-POD sa zafarbené vzorky sfarbia do červena s maximom absorpcie pri 505 nm a absorpcia je takmer úmerná koncentrácii glukózy.
Ako je uvedené v tabuľke 1, séria roztokov červeného atramentu (Ostrich Ink Co., Ltd., Tianjin, Čína) sa pripravila metódou sériového riedenia s použitím DI H20 ako rozpúšťadla.
Ako citovať tento článok: Bai, M. et al.Kompaktný fotometer na báze kovových vlnovodných kapilár: na stanovenie nanomolárnych koncentrácií glukózy.veda.5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
Dress, P. & Franke, H. Zvýšenie presnosti analýzy kvapaliny a kontroly hodnoty pH pomocou vlnovodu s kvapalným jadrom. Dress, P. & Franke, H. Zvýšenie presnosti analýzy kvapaliny a kontroly hodnoty pH pomocou vlnovodu s kvapalným jadrom.Dress, P. a Franke, H. Zlepšenie presnosti analýzy kvapaliny a kontroly pH pomocou vlnovodu s kvapalným jadrom. 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. a Franke, H. Zlepšenie presnosti analýzy kvapaliny a kontroly pH pomocou vlnovodov s kvapalným jadrom.Prejdite na vedu.meter.68, 2167-2171 (1997).
Li, QP, Zhang, J. -Z., Millero, FJ & Hansell, DA Kontinuálne kolorimetrické stanovenie stopového množstva amónia v morskej vode pomocou kapilárnej kapiláry s vlnovodom s dlhou dráhou. Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ & Hansell, DA Kontinuálne kolorimetrické stanovenie stopového množstva amónia v morskej vode pomocou kapilárnej kapiláry s vlnovodom s dlhou dráhou.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ a Hansel, DA Kontinuálne kolorimetrické stanovenie stopových množstiev amónia v morskej vode pomocou kapilárneho článku s kvapalinovým vlnovodom. 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 a Hansel, DA Kontinuálne kolorimetrické stanovenie stopových množstiev amónia v morskej vode pomocou kvapalinových vlnovodov s dlhým dosahom.Chémia v marci.96, 73-85 (2005).
Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS Prehľad o nedávnych aplikáciách kvapalného vlnovodného kapilárneho článku v technikách prietokovej analýzy na zvýšenie citlivosti spektroskopických detekčných metód. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS Prehľad o nedávnych aplikáciách kvapalného vlnovodného kapilárneho článku v technikách prietokovej analýzy na zvýšenie citlivosti spektroskopických detekčných metód.Pascoa, RNMJ, Toth, IV a Rangel, AOSS Prehľad nedávnych aplikácií kvapalného vlnovodu kapilárneho článku v technikách prietokovej analýzy na zlepšenie citlivosti spektroskopických detekčných metód. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, ASOS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 液术 中 液体 毛细管 单元 在 基于 的 分析 技术 中 液 最 新 最 新 最 新法 的。。。 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏底妕 灵敵敏度 灵敵恕度 灵敏度度 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 禵敏溏 禵敏序 禵敏序灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度Pascoa, RNMJ, Toth, IV a Rangel, AOSS Prehľad nedávnych aplikácií kvapalných vlnovodných kapilárnych článkov v prietokových analytických metódach na zvýšenie citlivosti spektroskopických detekčných metód.konečník.Chim.Zákon 739, 1-13 (2012).
Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Vyšetrovanie hrúbky Ag, AgI filmov v kapiláre pre duté vlnovody. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Vyšetrovanie hrúbky Ag, AgI filmov v kapiláre pre duté vlnovody.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. a Shen J. Skúmanie hrúbky vrstiev Ag, AgI v kapiláre pre duté vlnovody. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & 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. Výskum hrúbky tenkého filmu Ag a AgI vo vzduchovom potrubí.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. a Shen J. Skúmanie hrúbky tenkého filmu Ag, AgI v dutých kapilárach vlnovodu.Infračervená fyzika.technológia 42, 501–508 (2001).
Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Stanovenie nanomolárnych koncentrácií fosforečnanov v prírodných vodách pomocou prietokovej injekcie s dlhou dráhou kvapalinového vlnovodu kapilárnou bunkou a spektrofotometrickou detekciou v tuhom stave. Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Stanovenie nanomolárnych koncentrácií fosforečnanov v prírodných vodách pomocou prietokovej injekcie s dlhou dráhou kvapalinového vlnovodu kapilárnou bunkou a spektrofotometrickou detekciou v tuhom stave.Gimbert, LJ, Haygarth, PM a Worsfold, PJ Stanovenie nanomolárnych koncentrácií fosforečnanov v prírodných vodách pomocou prietokovej injekcie s kvapalinovou vlnovodnou kapilárou a spektrofotometrickou detekciou v tuhom stave. Gimbert, LJ, Haygarth, PM a Worsfold, PJ纳摩尔浓度的磷酸盐。 Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Stanovenie koncentrácie fosforečnanov v prírodnej vode pomocou injekčnej striekačky na kvapalinu a kapilárnej trubice s vlnovodom s dlhým dosahom.Gimbert, LJ, Haygarth, PM a Worsfold, PJ Stanovenie nanomolárneho fosfátu v prírodnej vode pomocou vstrekovacieho prietoku a kapilárneho vlnovodu s dlhou optickou dráhou a spektrofotometrickou detekciou v tuhom stave.Taranta 71, 1624–1628 (2007).
Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Linearita a efektívna optická dĺžka kapilárnych buniek vlnovodu. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Linearita a efektívna optická dĺžka kapilárnych buniek vlnovodu.Belz M., Dress P., Suhitsky A. a Liu S. Linearita a efektívna dĺžka optickej dráhy v kvapalných vlnovodoch v kapilárnych článkoch. 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. Linearita a efektívna dĺžka kvapalnej vody.Belz M., Dress P., Suhitsky A. a Liu S. Lineárna a efektívna dĺžka optickej dráhy v kvapalnej vlne kapilárnych buniek.SPIE 3856, 271 – 281 (1999).
Dallas, T. & Dasgupta, PK Svetlo na konci tunela: nedávne analytické aplikácie vlnovodov s tekutým jadrom. Dallas, T. & Dasgupta, PK Svetlo na konci tunela: nedávne analytické aplikácie vlnovodov s tekutým jadrom.Dallas, T. a Dasgupta, PK Svetlo na konci tunela: nedávne analytické aplikácie vlnovodov s tekutým jadrom. Dallas, T. & Dasgupta, PK Svetlo na konci tunela：液芯波导的最新分析应用。 Dallas, T. & Dasgupta, PK Svetlo na konci tunela：液芯波导的最新分析应用。Dallas, T. a Dasgupta, PK Svetlo na konci tunela: najnovšia analytická aplikácia vlnovodov s tekutým jadrom.TrAC, analýza trendov.Chemický.23, 385-392 (2004).
Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID Všestranná fotometrická detekčná cela s úplným vnútorným odrazom na analýzu prietoku. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID Všestranná fotometrická detekčná cela s úplným vnútorným odrazom na analýzu prietoku.Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR a McKelvey, ID Univerzálna fotometrická totálna vnútorná odrazová cela na analýzu prietoku. 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 a McKelvey, ID Univerzálna fotometrická cela TIR na analýzu prietoku.Taranta 79, 830–835 (2009).
Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID Multireflexná fotometrická prietoková kyveta na použitie pri prietokovej injekčnej analýze vôd v ústí riek. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID Multireflexná fotometrická prietoková kyveta na použitie pri prietokovej injekčnej analýze vôd v ústí riek.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ a McKelvey, ID Multireflexná fotometrická prietoková kyveta na použitie pri analýze prietoku vôd v ústí riek. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & 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 & McKelvie, ID.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ a McKelvey, ID Multireflexná fotometrická prietoková kyveta na analýzu prietokovej injekcie vo vodách ústia riek.konečník Chim.Acta 499, 81-89 (2003).
Pan, J.-Z., Yao, B. & Fang, Q. Ručný fotometer založený na detekcii absorpcie vlnovodu s tekutým jadrom pre vzorky v nanolitrovej mierke. Pan, J.-Z., Yao, B. & Fang, Q. Ručný fotometer založený na detekcii absorpcie vlnovodu s tekutým jadrom pre vzorky v nanolitrovej mierke.Pan, J.-Z., Yao, B. a Fang, K. Ručný fotometer založený na detekcii absorpcie vlnovej dĺžky v kvapalnom jadre pre vzorky v nanolitrovej mierke. 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. Na základe 液芯波波水水水油法的纳法手手手持光度计。Pan, J.-Z., Yao, B. a Fang, K. Ručný fotometer so vzorkou nanometrov založený na detekcii absorpcie v tekutom jadrovom vlne.anus Chemical.82, 3394 – 3398 (2010).
Zhang, J.-Z.Zvýšte citlivosť analýzy injekčného prietoku použitím kapilárnej prietokovej kyvety s dlhou optickou dráhou na spektrofotometrickú detekciu.konečník.veda.22, 57-60 (2006).
D'Sa, EJ & Steward, RG Aplikácia tekutého kapilárneho vlnovodu v absorbančnej spektroskopii (Odpoveď na komentár Byrnea a Kaltenbachera). D'Sa, EJ & Steward, RG Aplikácia tekutého kapilárneho vlnovodu v absorbančnej spektroskopii (Odpoveď na komentár Byrnea a Kaltenbachera).D'Sa, EJ a Steward, RG Aplikácie kvapalných kapilárnych vlnovodov v absorpčnej spektroskopii (Odpoveď na komentáre Byrnea a Kaltenbachera). 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 Aplikácia kvapaliny 毛绿波波对在absorpčné spektrum（回复Byrne和Kaltenbacher的评论）.D'Sa, EJ a Steward, RG Kvapalné kapilárne vlnovody pre absorpčnú spektroskopiu (ako odpoveď na pripomienky Byrne a Kaltenbacher).limonol.Oceánograf.46, 742-745 (2001).
Khijwania, SK & Gupta, BD Optický senzor absorpcie evanescentného poľa: Vplyv parametrov vlákna a geometrie sondy. Khijwania, SK & Gupta, BD Optický senzor absorpcie evanescentného poľa: Vplyv parametrov vlákna a geometrie sondy.Hijvania, SK a Gupta, BD Fiber Optic Evanescent Field Absorption Sensor: Vplyv parametrov vlákna a geometrie sondy. 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 & Gupta, BDHijvania, SK a Gupta, BD Evanescentné poľné absorpčné optické senzory: vplyv parametrov vlákna a geometrie sondy.Optics and Quantum Electronics 31, 625-636 (1999).
Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Uhlový výstup dutých, kovom obložených, vlnovoduch Ramanových senzorov. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Uhlový výstup dutých, kovom obložených, vlnovoduch Ramanových senzorov.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. a Woodruff, SD Uhlový výstup dutého vlnovodu Ramanových senzorov s kovovým obložením. 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. a Woodruff, SD Uhlový výstup Ramanovho senzora s holým kovovým vlnovodom.prihlášku na výber 51, 2023-2025 (2012).
Harrington, JA Prehľad dutých vlnovodov pre IR prenos.integrácia vlákien.vybrať.19, 211-227 (2000).