Cảm ơn bạn đã ghé thăm Nature.com.Phiên bản trình duyệt bạn đang sử dụng có hỗ trợ CSS hạn chế.Để có trải nghiệm tốt nhất, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng trình duyệt cập nhật (hoặc tắt Chế độ tương thích trong Internet Explorer).Trong thời gian chờ đợi, để đảm bảo hỗ trợ liên tục, chúng tôi sẽ hiển thị trang web không có kiểu và JavaScript.
Phân tích vết của các mẫu chất lỏng có nhiều ứng dụng trong khoa học đời sống và giám sát môi trường.Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã phát triển một quang kế nhỏ gọn và rẻ tiền dựa trên các mao dẫn ống dẫn sóng kim loại (MCC) để xác định độ hấp thụ siêu nhạy.Đường quang học có thể được tăng lên rất nhiều và dài hơn nhiều so với chiều dài vật lý của MWC, bởi vì ánh sáng tán xạ bởi các thành bên kim loại nhẵn lượn sóng có thể được chứa trong mao quản bất kể góc tới.Có thể đạt được nồng độ thấp tới 5,12 nM bằng cách sử dụng thuốc thử tạo màu thông thường nhờ khuếch đại quang học phi tuyến tính mới và chuyển đổi mẫu nhanh cũng như phát hiện glucose.
Phép trắc quang được sử dụng rộng rãi để phân tích vết của các mẫu chất lỏng do có rất nhiều thuốc thử tạo màu và các thiết bị quang điện tử bán dẫn1,2,3,4,5.So với phương pháp xác định độ hấp thụ dựa trên cuvette truyền thống, mao quản ống dẫn sóng lỏng (LWC) phản xạ (TIR) ​​bằng cách giữ ánh sáng của đầu dò bên trong mao quản1,2,3,4,5.Tuy nhiên, nếu không cải thiện thêm, đường quang chỉ gần với chiều dài vật lý của LWC3.6 và việc tăng chiều dài LWC vượt quá 1,0 m sẽ bị suy giảm ánh sáng mạnh và có nguy cơ bong bóng cao, v.v.3, 7. Đối với tế bào đa phản xạ được đề xuất để cải thiện đường quang, giới hạn phát hiện chỉ được cải thiện theo hệ số 2,5-8,9.
Hiện tại có hai loại LWC chính, đó là mao quản Teflon AF (có chiết suất chỉ ~1,3, thấp hơn so với nước) và mao quản silica được phủ Teflon AF hoặc màng kim loại1,3,4.Để đạt được TIR tại giao diện giữa các vật liệu điện môi, vật liệu có chỉ số khúc xạ thấp và góc tới ánh sáng cao là bắt buộc3,6,10.Đối với các mao quản Teflon AF, Teflon AF thoáng khí nhờ cấu trúc xốp3,11 và có thể hấp thụ một lượng nhỏ các chất trong mẫu nước.Đối với các mao quản thạch anh được phủ bên ngoài bằng Teflon AF hoặc kim loại, chỉ số khúc xạ của thạch anh (1,45) cao hơn hầu hết các mẫu chất lỏng (ví dụ: 1,33 đối với nước)3,6,12,13.Đối với mao quản được phủ một màng kim loại bên trong, tính chất vận chuyển đã được nghiên cứu14,15,16,17,18, nhưng quá trình phủ phức tạp, bề mặt màng kim loại có cấu trúc thô và xốp4,19.
Ngoài ra, các LWC thương mại (AF Teflon Coated Capillaries và AF Teflon Coated Silica Capillaries, World Precision Instruments, Inc.) có một số nhược điểm khác, chẳng hạn như: dễ bị lỗi..Thể tích chết lớn của TIR3,10, (2) đầu nối chữ T (để kết nối các mao quản, sợi và các ống đầu vào/đầu ra) có thể bẫy các bọt khí10.
Đồng thời, việc xác định nồng độ glucose có tầm quan trọng lớn đối với chẩn đoán bệnh tiểu đường, xơ gan và bệnh tâm thần20.và nhiều phương pháp phát hiện như trắc quang (gồm đo quang phổ 21, 22, 23, 24, 25 và đo màu trên giấy 26, 27, 28), đo điện kế 29, 30, 31, đo huỳnh quang 32, 33, 34, 35, đo phân cực quang học 36, cộng hưởng plasmon bề mặt.37, khoang Fabry-Perot 38, điện hóa học 39 và điện di mao quản 40,41, v.v.Tuy nhiên, hầu hết các phương pháp này đều yêu cầu thiết bị đắt tiền và việc phát hiện glucose ở một số nồng độ nano vẫn là một thách thức (ví dụ: đối với phép đo trắc quang21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, nồng độ glucose thấp nhất).giới hạn chỉ là 30 nM khi các hạt nano xanh Prussian được sử dụng làm mô phỏng peroxidase).Phân tích glucose ở dạng nano thường được yêu cầu cho các nghiên cứu tế bào ở cấp độ phân tử như ức chế sự phát triển ung thư tuyến tiền liệt ở người42 và hành vi cố định CO2 của Prochlorococcus trong đại dương.
Trong bài viết này, một quang kế nhỏ gọn, rẻ tiền dựa trên mao quản ống dẫn sóng kim loại (MWC), mao quản bằng thép không gỉ SUS316L với bề mặt bên trong được đánh bóng bằng điện, đã được phát triển để xác định độ hấp thụ siêu nhạy.Do ánh sáng có thể bị giữ lại bên trong các mao dẫn kim loại bất kể góc tới, đường quang học có thể tăng lên đáng kể nhờ sự tán xạ ánh sáng trên các bề mặt kim loại nhẵn và gợn sóng, đồng thời dài hơn nhiều so với chiều dài vật lý của MWC.Ngoài ra, một đầu nối chữ T đơn giản được thiết kế cho kết nối quang học và đầu vào/đầu ra của chất lỏng để giảm thiểu thể tích chết và tránh bẫy bong bóng.Đối với quang kế 7 cm MWC, giới hạn phát hiện được cải thiện khoảng 3000 lần so với máy đo quang phổ thương mại có cuvet 1 cm do cải tiến mới của đường quang phi tuyến tính và chuyển đổi mẫu nhanh, đồng thời cũng có thể đạt được nồng độ phát hiện glucose.chỉ 5,12 nM khi sử dụng thuốc thử tạo màu thông thường.
Như được hiển thị trong Hình 1, quang kế dựa trên MWC bao gồm một MWC dài 7 cm với bề mặt bên trong được đánh bóng bằng điện cấp độ EP, đèn LED 505 nm có thấu kính, bộ tách sóng quang khuếch đại có thể điều chỉnh và hai bộ ghép quang và đầu vào chất lỏng.Lối ra.Một van ba chiều được kết nối với ống đầu vào Pike được sử dụng để chuyển mẫu vào.Ống Peek vừa khít với tấm thạch anh và MWC, do đó, thể tích chết trong đầu nối chữ T được giữ ở mức tối thiểu, giúp ngăn chặn hiệu quả các bọt khí bị mắc kẹt.Ngoài ra, chùm tia chuẩn trực có thể được đưa vào MWC một cách dễ dàng và hiệu quả thông qua tấm thạch anh mảnh chữ T.
Chùm tia và mẫu chất lỏng được đưa vào MCC thông qua một mảnh chữ T và chùm tia đi qua MCC được nhận bởi bộ tách sóng quang.Các dung dịch đầu vào của các mẫu trắng hoặc nhuộm màu được luân phiên đưa vào ICC thông qua một van ba chiều.Theo định luật Beer, mật độ quang của một mẫu màu có thể được tính từ phương trình.1.10
trong đó Vcolor và Vblank là tín hiệu đầu ra của bộ tách sóng quang khi các mẫu màu và mẫu trắng được đưa vào MCC tương ứng và Vdark là tín hiệu nền của bộ tách sóng quang khi tắt đèn LED.Sự thay đổi trong tín hiệu đầu ra ΔV = Vcolor–Vblank có thể được đo bằng cách chuyển đổi các mẫu.Theo phương trình.Như được hiển thị trong Hình 1, nếu ΔV nhỏ hơn nhiều so với Vblank–Vdark, khi sử dụng sơ đồ chuyển mạch lấy mẫu, những thay đổi nhỏ trong Vblank (ví dụ: độ lệch) có thể ít ảnh hưởng đến giá trị AMWC.
Để so sánh hiệu suất của máy đo quang dựa trên MWC với máy đo quang phổ dựa trên cuvette, dung dịch mực đỏ được sử dụng làm mẫu màu vì độ ổn định màu tuyệt vời và độ tuyến tính hấp thụ nồng độ tốt, DI H2O làm mẫu trắng..Như thể hiện trong Bảng 1, một loạt các dung dịch mực đỏ được điều chế bằng phương pháp pha loãng nối tiếp sử dụng DI H2O làm dung môi.Nồng độ tương đối của mẫu 1 (S1), sơn đỏ gốc không pha loãng, được xác định là 1,0.Trên hình.Hình 2 cho thấy các bức ảnh quang học của 11 mẫu mực đỏ (S4 đến S14) với nồng độ tương đối (được liệt kê trong Bảng 1) nằm trong khoảng từ 8,0 × 10–3 (trái) đến 8,2 × 10–10 (phải).
Các kết quả đo cho mẫu 6 được thể hiện trong Hình.3(a).Các điểm chuyển đổi giữa mẫu nhuộm màu và mẫu trắng được đánh dấu trong hình bằng mũi tên kép “↔”.Có thể thấy điện áp ra tăng nhanh khi chuyển từ mẫu màu sang mẫu trắng và ngược lại.Có thể thu được Vcolor, Vblank và ΔV tương ứng như trong hình.
(a) Kết quả đo cho mẫu 6, (b) mẫu 9, (c) mẫu 13 và (d) mẫu 14 sử dụng quang kế dựa trên MWC.
Kết quả đo cho các mẫu 9, 13 và 14 được thể hiện trong Hình.3(b)-(d), tương ứng.Như thể hiện trong Hình 3(d), ΔV đo được chỉ là 5 nV, gần gấp 3 lần giá trị nhiễu (2 nV).Một ΔV nhỏ khó phân biệt với nhiễu.Như vậy, giới hạn phát hiện đạt nồng độ tương đối là 8,2×10-10 (mẫu 14).Với sự giúp đỡ của các phương trình.1. Có thể tính độ hấp thụ AMWC từ các giá trị Vcolor, Vblank và Vdark đo được.Đối với bộ tách sóng quang có mức tăng 104 Vdark là -0,68 μV.Kết quả đo cho tất cả các mẫu được tóm tắt trong Bảng 1 và có thể tìm thấy trong tài liệu bổ sung.Như thể hiện trong Bảng 1, độ hấp thụ được tìm thấy ở nồng độ cao bão hòa, do đó độ hấp thụ trên 3,7 không thể đo được bằng máy quang phổ dựa trên MWC.
Để so sánh, một mẫu mực đỏ cũng được đo bằng máy đo quang phổ và độ hấp thụ Acuvette đo được được thể hiện trong Hình 4. Các giá trị Acuvette ở 505 nm (như thể hiện trong Bảng 1) thu được bằng cách tham khảo các đường cong của mẫu 10, 11 hoặc 12 (như thể hiện trong hình nhỏ).đến Hình 4) làm cơ sở.Như đã trình bày, giới hạn phát hiện đạt đến nồng độ tương đối là 2,56 x 10-6 (mẫu 9) do các đường cong hấp thụ của các mẫu 10, 11 và 12 không thể phân biệt được với nhau.Do đó, khi sử dụng quang kế dựa trên MWC, giới hạn phát hiện đã được cải thiện theo hệ số 3125 so với máy quang phổ dựa trên cuvette.
Nồng độ hấp thụ phụ thuộc được trình bày trong Hình 5.Đối với phép đo cuvet, độ hấp thụ tỷ lệ với nồng độ mực ở độ dài đường dẫn 1 cm.Trong khi đó, đối với các phép đo dựa trên MWC, sự gia tăng độ hấp thụ phi tuyến tính được quan sát thấy ở nồng độ thấp.Theo định luật Beer, độ hấp thụ tỷ lệ với độ dài đường quang, do đó, độ hấp thụ AEF (được định nghĩa là AEF = AMWC/Acuvette ở cùng nồng độ mực) là tỷ lệ của MWC với độ dài đường quang của cuvet.Như thể hiện trong Hình 5, ở nồng độ cao, AEF không đổi là khoảng 7,0, điều này là hợp lý vì chiều dài của MWC chính xác gấp 7 lần chiều dài của cuvet 1 cm. Tuy nhiên, ở nồng độ thấp (nồng độ liên quan <1,28 × 10-5 ), AEF tăng khi giảm nồng độ và sẽ đạt giá trị 803 ở nồng độ liên quan là 8,2 × 10-10 bằng cách ngoại suy đường cong của phép đo dựa trên cuvet. Tuy nhiên, ở nồng độ thấp (nồng độ liên quan <1,28 × 10-5 ), AEF tăng khi giảm nồng độ và sẽ đạt giá trị 803 ở nồng độ liên quan là 8,2 × 10-10 bằng cách ngoại suy đường cong của phép đo dựa trên cuvet. Однако при низких концентрациях (относительная концентрация <1,28 × 10–5) AEF увеличивается с умен ьшением концентрации и может достигать значения 803 при относительной концентрации 8,2 × 10–10 при эк страполяции кривой измерения на основе кюветы. Tuy nhiên, ở nồng độ thấp (nồng độ tương đối <1,28 × 10–5), AEF tăng khi giảm nồng độ và có thể đạt giá trị 803 ở nồng độ tương đối 8,2 × 10–10 khi ngoại suy từ đường cong đo dựa trên cuvet.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803值。 Однако при низких концентрациях (релевантные концентрации < 1,28 × 10-5) АЭП увеличивается с ум еньшением концентрации, и при экстраполяции кривой измерения на основе кюветы она достигает зна чения относительной концентрации 8,2 × 10–10 803 . Tuy nhiên, ở nồng độ thấp (nồng độ thích hợp < 1,28 × 10-5), AED tăng khi giảm nồng độ và khi ngoại suy từ đường cong đo dựa trên cuvette, nó đạt đến giá trị nồng độ tương đối là 8,2 × 10–10 803 .Điều này dẫn đến một đường quang học tương ứng là 803 cm (AEF × 1 cm), dài hơn nhiều so với chiều dài vật lý của MWC và thậm chí còn dài hơn cả LWC thương mại dài nhất hiện có (500 cm từ World Precision Instruments, Inc.).Doko Engineering LLC có chiều dài 200 cm).Sự gia tăng hấp thụ phi tuyến tính này trong LWC chưa được báo cáo trước đây.
Trên hình.6(a)-(c) hiển thị hình ảnh quang học, hình ảnh kính hiển vi và hình ảnh hồ sơ quang học của bề mặt bên trong của phần MWC, tương ứng.Như thể hiện trong hình.6(a), bề mặt bên trong nhẵn và sáng bóng, có thể phản chiếu ánh sáng khả kiến ​​và có độ phản chiếu cao.Như thể hiện trong hình.6(b), do tính chất biến dạng và kết tinh của kim loại, các vết lõm nhỏ và không đều xuất hiện trên bề mặt nhẵn. Xét về diện tích nhỏ (<5 μm×5 μm), độ nhám của hầu hết các bề mặt nhỏ hơn 1,2 nm (Hình 6(c)). Xét về diện tích nhỏ (<5 μm×5 μm), độ nhám của hầu hết các bề mặt nhỏ hơn 1,2 nm (Hình 6(c)). Ввиду малой площади (<5 мкм×5 мкм) шероховатость большей части поверхности составляет ме нее 1,2 нм (рис. 6(в)). Do diện tích nhỏ (<5 µm×5 µm), độ nhám của hầu hết bề mặt nhỏ hơn 1,2 nm (Hình 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 соста вляет менее 1,2 нм (рис. 6(в)). Xem xét diện tích nhỏ (<5 µm × 5 µm), độ nhám của hầu hết các bề mặt nhỏ hơn 1,2 nm (Hình 6(c)).
(a) Hình ảnh quang học, (b) hình ảnh kính hiển vi và (c) hình ảnh quang học của bề mặt bên trong vết cắt MWC.
Như thể hiện trong hình.7(a), đường quang LOP trong mao quản được xác định bởi góc tới θ (LOP = LC/sinθ, trong đó LC là chiều dài vật lý của mao quản).Đối với các mao quản Teflon AF chứa DI H2O, góc tới phải lớn hơn góc tới hạn 77,8°, do đó LOP nhỏ hơn 1,02 × LC mà không cần cải thiện thêm3.6.Trong khi đó, với MWC, sự giam giữ ánh sáng bên trong mao quản không phụ thuộc vào chiết suất hoặc góc tới, vì vậy khi góc tới giảm, đường đi của ánh sáng có thể dài hơn nhiều so với chiều dài của mao quản (LOP » LC).Như thể hiện trong hình.Như được hiển thị trong Hình 7 (b), bề mặt kim loại gợn sóng có thể tạo ra sự tán xạ ánh sáng, điều này có thể làm tăng đáng kể đường quang.
Do đó, có hai đường dẫn ánh sáng cho MWC: ánh sáng trực tiếp không phản xạ (LOP = LC) và ánh sáng răng cưa có nhiều phản xạ giữa các bức tường bên (LOP » LC).Theo định luật Beer, cường độ của ánh sáng ngoằn ngoèo và trực tiếp truyền qua có thể được biểu thị lần lượt là PS×exp(-α×LC) và PZ×exp(-α×LOP), trong đó hằng số α là hệ số hấp thụ, hệ số này phụ thuộc hoàn toàn vào nồng độ mực.
Đối với mực có nồng độ cao (ví dụ: nồng độ liên quan >1,28 × 10-5), ánh sáng ngoằn ngoèo bị suy giảm nhiều và cường độ của nó thấp hơn nhiều so với ánh sáng thẳng, do hệ số hấp thụ lớn và đường quang học dài hơn nhiều. Đối với mực có nồng độ cao (ví dụ: nồng độ liên quan >1,28 × 10-5), ánh sáng ngoằn ngoèo bị suy giảm nhiều và cường độ của nó thấp hơn nhiều so với ánh sáng thẳng, do hệ số hấp thụ lớn và đường quang học dài hơn nhiều. Для чернил с высокой концентрацией (например, относительная концентрация >1,28 × 10-5) зигзагообр азный свет сильно затухает, а его интенсивность намного ниже, чем у прямого света, из-за больш ого коэффициента поглощения và гораздо более длинного оптического излучения. Đối với mực có nồng độ cao (ví dụ: nồng độ tương đối >1,28×10-5), ánh sáng ngoằn ngoèo bị suy giảm mạnh và cường độ thấp hơn nhiều so với ánh sáng trực tiếp do hệ số hấp thụ lớn và thời gian phát quang dài hơn nhiều.theo dõi.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Для чернил с высокой концентрацией (например, релевантные концентрации >1,28×10-5) зигзагообразн ый свет значительно ослабляется, и его интенсивность намного ниже, чем у прямого света из-за б ольшого коэффициента поглощения và более длительного оптического времени. Đối với mực có nồng độ cao (ví dụ: nồng độ liên quan >1,28×10-5), ánh sáng ngoằn ngoèo bị suy giảm đáng kể và cường độ của nó thấp hơn nhiều so với ánh sáng trực tiếp do hệ số hấp thụ lớn và thời gian quang học dài hơn.con đường nhỏ.Do đó, ánh sáng trực tiếp chiếm ưu thế trong việc xác định độ hấp thụ (LOP=LC) và AEF được giữ không đổi ở mức ~7,0. Ngược lại, khi hệ số hấp thụ giảm khi nồng độ mực giảm (ví dụ: nồng độ liên quan <1,28 × 10-5), cường độ của ánh sáng ngoằn ngoèo tăng nhanh hơn cường độ của ánh sáng thẳng và sau đó ánh sáng ngoằn ngoèo bắt đầu đóng vai trò quan trọng hơn. Ngược lại, khi hệ số hấp thụ giảm khi nồng độ mực giảm (ví dụ: nồng độ liên quan <1,28 × 10-5), cường độ của ánh sáng ngoằn ngoèo tăng nhanh hơn cường độ của ánh sáng thẳng và sau đó ánh sáng ngoằn ngoèo bắt đầu đóng vai trò quan trọng hơn. Напротив, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чернил (напр) имер, относительная концентрация <1,28 × 10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличиваеся б ыстрее, чем у прямого света, и затем начинает играть зигзагообразный свет. Ngược lại, khi hệ số hấp thụ giảm khi nồng độ mực giảm (ví dụ: nồng độ tương đối <1,28×10-5), cường độ của ánh sáng ngoằn ngoèo tăng nhanh hơn cường độ của ánh sáng trực tiếp, sau đó ánh sáng ngoằn ngoèo bắt đầu phát.vai trò quan trọng hơn.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 (нап) ример, соответствующая концентрация < 1,28×10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличиваетс я быстрее, чем прямого, и тогда зигзагообразный свет начинает играть более важную роль. Ngược lại, khi hệ số hấp thụ giảm khi nồng độ mực giảm (ví dụ: nồng độ tương ứng < 1,28×10-5), cường độ của ánh sáng ngoằn ngoèo tăng nhanh hơn so với ánh sáng trực tiếp và khi đó ánh sáng ngoằn ngoèo bắt đầu đóng vai trò quan trọng hơn.nhân vật nhập vai.Do đó, do đường quang răng cưa (LOP » LC), AEF có thể tăng lên nhiều hơn 7,0.Có thể thu được các đặc tính truyền ánh sáng chính xác của MWC bằng cách sử dụng lý thuyết chế độ ống dẫn sóng.
Ngoài việc cải thiện đường quang, chuyển đổi mẫu nhanh cũng góp phần tạo ra giới hạn phát hiện cực thấp.Do thể tích MCC nhỏ (0,16 ml), thời gian cần thiết để chuyển đổi và thay đổi dung dịch trong MCC có thể dưới 20 giây.Như được hiển thị trong Hình 5, giá trị tối thiểu có thể phát hiện được của AMWC (2,5 × 10–4) thấp hơn 4 lần so với Acuvette (1,0 × 10–3).Sự chuyển đổi nhanh của dung dịch chảy trong mao quản làm giảm ảnh hưởng của tiếng ồn hệ thống (ví dụ: độ trôi) đến độ chính xác của chênh lệch độ hấp thụ so với dung dịch lưu giữ trong cuvet.Ví dụ, như thể hiện trong hình.3(b)-(d), có thể dễ dàng phân biệt ΔV với tín hiệu trôi dạt do chuyển đổi mẫu nhanh trong mao quản thể tích nhỏ.
Như thể hiện trong Bảng 2, một loạt các dung dịch glucose ở các nồng độ khác nhau đã được điều chế bằng cách sử dụng DI H2O làm dung môi.Mẫu trắng hoặc mẫu nhuộm màu được chuẩn bị bằng cách trộn dung dịch glucose hoặc nước khử ion với dung dịch tạo màu glucose oxidase (GOD) và peroxidase (POD) 37 theo tỷ lệ thể tích cố định lần lượt là 3:1.Trên hình.8 cho thấy các bức ảnh quang học của chín mẫu đã nhuộm màu (S2-S10) với nồng độ glucose nằm trong khoảng từ 2,0 mM (trái) đến 5,12 nM (phải).Màu đỏ giảm khi giảm nồng độ glucose.
Kết quả đo các mẫu 4, 9 và 10 bằng quang kế dựa trên MWC được thể hiện trong Hình.9(a)-(c), tương ứng.Như thể hiện trong hình.Như được hiển thị trong Hình 9 (c), ΔV đo được trở nên kém ổn định hơn và tăng chậm trong quá trình đo do màu của chính thuốc thử GOD-POD (ngay cả khi không thêm glucose) thay đổi chậm trong ánh sáng.Do đó, không thể lặp lại các phép đo ΔV liên tiếp đối với các mẫu có nồng độ glucose nhỏ hơn 5,12 nM (mẫu 10), vì khi ΔV đủ nhỏ, không thể bỏ qua tính không ổn định của thuốc thử GOD-POD.Do đó, giới hạn phát hiện đối với dung dịch glucose là 5,12 nM, mặc dù giá trị ΔV tương ứng (0,52 µV) lớn hơn nhiều so với giá trị nhiễu (0,03 µV), cho thấy vẫn có thể phát hiện được ΔV nhỏ.Giới hạn phát hiện này có thể được cải thiện hơn nữa bằng cách sử dụng các thuốc thử tạo màu ổn định hơn.
(a) Kết quả đo cho mẫu 4, (b) mẫu 9 và (c) mẫu 10 bằng quang kế dựa trên MWC.
Có thể tính độ hấp thụ AMWC bằng cách sử dụng các giá trị Vcolor, Vblank và Vdark đo được.Đối với bộ tách sóng quang có mức tăng 105 Vdark là -0,068 μV.Các phép đo cho tất cả các mẫu có thể được thiết lập trong tài liệu bổ sung.Để so sánh, các mẫu glucose cũng được đo bằng máy đo quang phổ và độ hấp thụ đo được của Acuvette đạt giới hạn phát hiện là 0,64 µM (mẫu 7) như trong Hình 10.
Mối quan hệ giữa độ hấp thụ và nồng độ được trình bày trong Hình 11. Với quang kế dựa trên MWC, giới hạn phát hiện đã được cải thiện gấp 125 lần so với quang phổ kế dựa trên cuvette.Sự cải thiện này thấp hơn so với xét nghiệm mực đỏ do thuốc thử GOD-POD kém ổn định.Sự gia tăng phi tuyến tính của độ hấp thụ ở nồng độ thấp cũng được quan sát thấy.
Quang kế dựa trên MWC đã được phát triển để phát hiện các mẫu chất lỏng siêu nhạy.Đường quang học có thể được tăng lên rất nhiều và dài hơn nhiều so với chiều dài vật lý của MWC, bởi vì ánh sáng tán xạ bởi các thành bên kim loại nhẵn lượn sóng có thể được chứa trong mao quản bất kể góc tới.Có thể đạt được nồng độ thấp tới 5,12 nM bằng cách sử dụng thuốc thử GOD-POD thông thường nhờ khuếch đại quang học phi tuyến tính mới và chuyển đổi mẫu nhanh cũng như phát hiện glucose.Quang kế nhỏ gọn và rẻ tiền này sẽ được sử dụng rộng rãi trong khoa học đời sống và giám sát môi trường để phân tích dấu vết.
Như được hiển thị trong Hình 1, quang kế dựa trên MWC bao gồm một MWC dài 7 cm (đường kính trong 1,7 mm, đường kính ngoài 3,18 mm, bề mặt bên trong được đánh bóng điện phân lớp EP, mao quản bằng thép không gỉ SUS316L), đèn LED bước sóng 505 nm (Thorlabs M505F1) và thấu kính (chùm tia trải rộng khoảng 6,6 độ), bộ tách sóng quang có độ lợi thay đổi (Thorlabs PDB450C) và hai đầu nối chữ T cho giao tiếp quang học và chất lỏng vào/ra.Đầu nối chữ T được tạo ra bằng cách liên kết một tấm thạch anh trong suốt với ống PMMA trong đó các ống MWC và Peek (ID 0,72 mm, OD 1,6 mm, Vici Valco Corp.) được chèn và dán chặt vào.Một van ba chiều được kết nối với ống đầu vào Pike được sử dụng để chuyển mẫu vào.Bộ tách sóng quang có thể chuyển đổi công suất quang P nhận được thành tín hiệu điện áp khuếch đại N×V (trong đó V/P = 1,0 V/W ở 1550 nm, độ lợi N có thể được điều chỉnh thủ công trong khoảng 103-107).Để cho ngắn gọn, V được sử dụng thay vì N×V làm tín hiệu đầu ra.
Để so sánh, máy đo quang phổ thương mại (sê-ri Agilent Technologies Cary 300 với Bộ nhân quang hiệu suất cao R928) với cuvette 1,0 cm cũng được sử dụng để đo độ hấp thụ của các mẫu chất lỏng.
Bề mặt bên trong của vết cắt MWC được kiểm tra bằng cách sử dụng thiết bị định hình bề mặt quang học (ZYGO New View 5022) với độ phân giải dọc và ngang lần lượt là 0,1 nm và 0,11 µm.
Tất cả các hóa chất (loại phân tích, không tinh chế thêm) được mua từ Công ty TNHH Công nghệ sinh học Tứ Xuyên Chuangke. Bộ dụng cụ kiểm tra glucose bao gồm glucose oxidase (GOD), peroxidase (POD), 4-aminoantipyrine và phenol, v.v. Dung dịch tạo màu được điều chế bằng phương pháp GOD-POD 37 thông thường.
Như được hiển thị trong Bảng 2, một loạt các dung dịch glucose ở các nồng độ khác nhau đã được điều chế bằng cách sử dụng DI H2O làm chất pha loãng bằng phương pháp pha loãng nối tiếp (xem Tài liệu bổ sung để biết chi tiết).Chuẩn bị mẫu trắng hoặc mẫu nhuộm màu bằng cách trộn dung dịch glucose hoặc nước khử ion với dung dịch tạo màu theo tỷ lệ thể tích cố định tương ứng là 3:1.Tất cả các mẫu được bảo quản ở 37°C, tránh ánh sáng trong 10 phút trước khi đo.Trong phương pháp GOD-POD, các mẫu nhuộm chuyển sang màu đỏ với độ hấp thụ cực đại ở bước sóng 505nm và độ hấp thụ gần như tỷ lệ thuận với nồng độ glucose.
Như thể hiện trong Bảng 1, một loạt dung dịch mực đỏ (Ostrich Ink Co., Ltd., Tianjin, China) đã được điều chế bằng phương pháp pha loãng nối tiếp sử dụng DI H2O làm dung môi.
Cách trích dẫn bài viết này: Bai, M. et al.Máy đo quang nhỏ gọn dựa trên mao quản ống dẫn sóng kim loại: để xác định nồng độ nano của glucose.khoa học.5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
Dress, P. & Franke, H. Tăng độ chính xác của phân tích chất lỏng và kiểm soát giá trị pH bằng cách sử dụng ống dẫn sóng lõi chất lỏng. Dress, P. & Franke, H. Tăng độ chính xác của phân tích chất lỏng và kiểm soát giá trị pH bằng cách sử dụng ống dẫn sóng lõi chất lỏng.Dress, P. và Franke, H. Cải thiện độ chính xác của phân tích chất lỏng và kiểm soát độ pH bằng ống dẫn sóng lõi chất lỏng. 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. và Franke, H. Cải thiện độ chính xác của phân tích chất lỏng và kiểm soát độ pH bằng cách sử dụng ống dẫn sóng lõi chất lỏng.Chuyển sang khoa học.mét.68, 2167–2171 (1997).
Li, QP, Zhang, J. -Z., Millero, FJ & Hansell, DA Xác định đo màu liên tục vết amoni trong nước biển bằng tế bào mao quản ống dẫn sóng chất lỏng đường dài. Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ & Hansell, DA Xác định màu liên tục của vết amoni trong nước biển bằng tế bào mao dẫn ống dẫn sóng chất lỏng đường dài.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ và Hansel, DA Xác định đo màu liên tục lượng vết amoni trong nước biển bằng tế bào mao quản có ống dẫn sóng lỏng. 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 và Hansel, DA Xác định so màu liên tục lượng vết amoni trong nước biển bằng cách sử dụng các mao quản ống dẫn sóng chất lỏng tầm xa.Hóa học vào tháng ba.96, 73–85 (2005).
Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS Đánh giá về các ứng dụng gần đây của tế bào mao dẫn ống dẫn sóng lỏng trong các kỹ thuật phân tích dựa trên dòng chảy để nâng cao độ nhạy của các phương pháp phát hiện quang phổ. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS Đánh giá về các ứng dụng gần đây của tế bào mao dẫn ống dẫn sóng lỏng trong các kỹ thuật phân tích dựa trên dòng chảy để nâng cao độ nhạy của các phương pháp phát hiện quang phổ.Pascoa, RNMJ, Toth, IV và Rangel, AOSS Đánh giá về các ứng dụng gần đây của tế bào mao dẫn ống dẫn sóng lỏng trong các kỹ thuật phân tích dòng chảy để cải thiện độ nhạy của các phương pháp phát hiện quang phổ. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS 回顾液体波导毛细管单元在基于流动的分析技术中的最新应用，以提高光谱检测方法的灵敏度。 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 và Rangel, AOSS Đánh giá về các ứng dụng gần đây của các tế bào mao dẫn dẫn sóng lỏng trong các phương pháp phân tích dựa trên dòng chảy để tăng cường độ nhạy của các phương pháp phát hiện quang phổ.hậu môn.Chim.Đạo luật 739, 1-13 (2012).
Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Điều tra độ dày của màng Ag, AgI trong mao quản của ống dẫn sóng rỗng. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Điều tra độ dày của màng Ag, AgI trong mao quản của ống dẫn sóng rỗng.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. và Shen J. Điều tra độ dày của màng Ag, AgI trong mao quản cho ống dẫn sóng rỗng. 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. Nghiên cứu về độ dày của màng mỏng Ag và AgI trong ống dẫn khí.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. và Shen J. Khảo sát độ dày màng mỏng Ag, AgI trong các mao dẫn ống dẫn sóng rỗng.Vật lý hồng ngoại.công nghệ 42, 501–508 (2001).
Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Xác định nồng độ phân tử nano của phốt phát trong nước tự nhiên bằng cách sử dụng bơm dòng chảy với tế bào mao dẫn ống dẫn sóng chất lỏng có chiều dài đường đi dài và phát hiện quang phổ trạng thái rắn. Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Xác định nồng độ phân tử nano của phốt phát trong nước tự nhiên bằng cách sử dụng bơm dòng chảy với tế bào mao dẫn ống dẫn sóng chất lỏng có chiều dài đường đi dài và phát hiện quang phổ trạng thái rắn.Gimbert, LJ, Haygarth, PM và Worsfold, PJ Xác định nồng độ phân tử photphat nano trong nước tự nhiên bằng cách sử dụng bơm dòng chảy với tế bào mao dẫn ống dẫn sóng lỏng và phát hiện quang phổ trạng thái rắn. Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ 使用流动注射和长光程液体波导毛细管和固态分光光度检测法测定天然水中纳摩尔浓度的磷酸盐。 Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Xác định nồng độ phốt phát trong nước tự nhiên bằng ống tiêm chất lỏng và ống mao dẫn dẫn sóng chất lỏng tầm xa.Gimbert, LJ, Haygarth, PM và Worsfold, PJ Xác định nanomol phosphate trong nước tự nhiên bằng cách sử dụng dòng phun và ống dẫn sóng mao quản với đường quang học dài và phát hiện quang phổ trạng thái rắn.Taranta 71, 1624–1628 (2007).
Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Tính tuyến tính và độ dài đường quang hiệu quả của các tế bào mao quản ống dẫn sóng lỏng. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Tính tuyến tính và độ dài đường quang hiệu quả của các tế bào mao quản ống dẫn sóng lỏng.Belz M., Dress P., Suhitsky A. và Liu S. Tính tuyến tính và độ dài đường quang hiệu quả trong ống dẫn sóng lỏng trong tế bào mao dẫn. 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. Tính tuyến tính và độ dài hiệu quả của nước lỏng.Belz M., Dress P., Suhitsky A. và Liu S. Độ dài đường quang tuyến tính và hiệu quả trong sóng chất lỏng của tế bào mao dẫn.SPIE 3856, 271–281 (1999).
Dallas, T. & Dasgupta, PK Ánh sáng cuối đường hầm: các ứng dụng phân tích gần đây của ống dẫn sóng lõi lỏng. Dallas, T. & Dasgupta, PK Ánh sáng cuối đường hầm: các ứng dụng phân tích gần đây của ống dẫn sóng lõi lỏng.Dallas, T. và Dasgupta, PK Ánh sáng cuối đường hầm: các ứng dụng phân tích gần đây của ống dẫn sóng lõi lỏng. Dallas, T. & Dasgupta, PK Ánh sáng cuối đường hầm：液芯波导的最新分析应用。 Dallas, T. & Dasgupta, PK Ánh sáng cuối đường hầm：液芯波导的最新分析应用。Dallas, T. và Dasgupta, PK Ánh sáng cuối đường hầm: ứng dụng phân tích mới nhất của ống dẫn sóng lõi lỏng.TrAC, phân tích xu hướng.Hóa chất.23, 385–392 (2004).
Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID Một tế bào phát hiện trắc quang phản xạ toàn phần bên trong linh hoạt để phân tích dòng chảy. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID Một tế bào phát hiện trắc quang phản xạ toàn phần bên trong linh hoạt để phân tích dòng chảy.Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR và McKelvey, ID Tế bào phản xạ bên trong toàn phần trắc quang phổ để phân tích dòng chảy. 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, Nhẹ nhàng, BS, Grace, MR & McKelvie, IDEllis, PS, Gentle, BS, Grace, MR và McKelvey, ID Tế bào trắc quang TIR phổ quát để phân tích dòng chảy.Taranta 79, 830–835 (2009).
Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID Tế bào đo dòng trắc quang đa phản xạ để sử dụng trong phân tích bơm dòng vào vùng nước cửa sông. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID Tế bào đo dòng trắc quang đa phản xạ để sử dụng trong phân tích bơm dòng vào vùng nước cửa sông.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ và McKelvey, ID Một tế bào dòng trắc quang đa phản xạ để sử dụng trong phân tích dòng chảy của vùng nước cửa sông. 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 và McKelvey, ID Một tế bào dòng trắc quang đa phản xạ để phân tích dòng chảy trong vùng nước cửa sông.hậu môn Chim.Acta 499, 81-89 (2003).
Pan, J. -Z., Yao, B. & Fang, Q. Quang kế cầm tay dựa trên phát hiện hấp thụ ống dẫn sóng lõi chất lỏng cho các mẫu có kích thước nanolit. Pan, J.-Z., Yao, B. & Fang, Q. Quang kế cầm tay dựa trên phát hiện hấp thụ ống dẫn sóng lõi chất lỏng cho các mẫu có kích thước nanolit.Pan, J.-Z., Yao, B. và Fang, K. Một quang kế cầm tay dựa trên phát hiện hấp thụ bước sóng lõi chất lỏng cho các mẫu có kích thước nanolit. 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. Dựa trên 液芯波波水水水油法的纳法手手手持光度计。Pan, J.-Z., Yao, B. và Fang, K. Một quang kế cầm tay với một mẫu kích thước nano dựa trên việc phát hiện sự hấp thụ trong sóng lõi chất lỏng.hậu môn Hóa chất.82, 3394–3398 (2010).
Zhang, J.-Z.Tăng độ nhạy của phân tích dòng tiêm bằng cách sử dụng tế bào dòng mao quản có đường quang dài để phát hiện bằng phép đo quang phổ.hậu môn.khoa học.22, 57–60 (2006).
D'Sa, EJ & Steward, RG Ứng dụng ống dẫn sóng mao quản lỏng trong quang phổ hấp thụ (Trả lời nhận xét của Byrne và Kaltenbacher). D'Sa, EJ & Steward, RG Ứng dụng ống dẫn sóng mao quản lỏng trong quang phổ hấp thụ (Trả lời nhận xét của Byrne và Kaltenbacher).D'Sa, EJ và Steward, RG Các ứng dụng của ống dẫn sóng mao quản lỏng trong quang phổ hấp thụ (Trả lời nhận xét của Byrne và 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 Ứng dụng của phổ hấp thụ 毛绿波波对在（回复Byrne和Kaltenbacher的评论）.D'Sa, EJ và Steward, RG Ống dẫn sóng mao quản lỏng cho quang phổ hấp thụ (đáp lại nhận xét của Byrne và Kaltenbacher).limonol.nhà hải dương học.46, 742–745 (2001).
Khijwania, SK & Gupta, BD Cảm biến hấp thụ trường biến thiên sợi quang: Ảnh hưởng của các tham số sợi quang và hình học của đầu dò. Khijwania, SK & Gupta, BD Cảm biến hấp thụ trường biến thiên sợi quang: Ảnh hưởng của các tham số sợi quang và hình học của đầu dò.Hijvania, SK và Gupta, Cảm biến hấp thụ trường biến thiên sợi quang BD: Ảnh hưởng của các tham số sợi quang và hình học đầu dò. 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 và Gupta, BD Cảm biến sợi quang hấp thụ trường biến thiên: ảnh hưởng của các tham số sợi và hình dạng đầu dò.Quang học và Điện tử lượng tử 31, 625–636 (1999).
Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Đầu ra góc của cảm biến Raman ống dẫn sóng rỗng, lót kim loại. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Đầu ra góc của cảm biến Raman ống dẫn sóng rỗng, lót kim loại.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. và Woodruff, SD Đầu ra góc của cảm biến Raman ống dẫn sóng rỗng với lớp lót kim loại. 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. và Woodruff, SD Đầu ra góc của cảm biến Raman với ống dẫn sóng kim loại trần.ứng dụng để chọn 51, 2023-2025 (2012).
Harrington, JA Tổng quan về ống dẫn sóng rỗng để truyền IR.tích hợp sợichọn.19, 211–227 (2000).