شكرًا لزيارتكم موقع Nature.com. إصدار المتصفح الذي تستخدمونه يدعم CSS بشكل محدود. للحصول على أفضل تجربة، نوصي باستخدام متصفح مُحدّث (أو تعطيل وضع التوافق في Internet Explorer). في هذه الأثناء، ولضمان استمرار الدعم، سنُقدّم الموقع بدون أنماط أو JavaScript.
لتحليل آثار العينات السائلة تطبيقات واسعة في علوم الحياة والرصد البيئي. في هذا العمل، طوّرنا مقياسًا ضوئيًا صغير الحجم وغير مكلف، يعتمد على الشعيرات الموجية المعدنية (MCCs)، لتحديد الامتصاص بدقة فائقة. يمكن زيادة المسار الضوئي بشكل كبير، ليصبح أطول بكثير من الطول الفيزيائي للشعيرات الموجية المعدنية، لأن الضوء المشتت بواسطة الجدران الجانبية المعدنية الملساء المموجة يمكن احتواؤه داخل الشعيرة بغض النظر عن زاوية السقوط. يمكن تحقيق تركيزات منخفضة تصل إلى 5.12 نانومول باستخدام كواشف كروموجينية شائعة، بفضل التضخيم الضوئي غير الخطي الجديد والتبديل السريع للعينات وكشف الجلوكوز.
تُستخدم القياسات الضوئية على نطاق واسع في تحليل آثار عينات السوائل نظرًا لوفرة الكواشف الكروموجينية والأجهزة البصرية الإلكترونية شبه الموصلة المتوفرة1،2،3،4،5. بالمقارنة مع تحديد الامتصاص التقليدي القائم على الكوفيت، تعكس الشعيرات الدموية للموجات السائلة (LWC) الأشعة تحت الحمراء (TIR) ​​عن طريق إبقاء ضوء المسبار داخل الشعيرة1،2،3،4،5. ومع ذلك، وبدون مزيد من التحسين، يكون المسار الضوئي قريبًا فقط من الطول الفيزيائي للموجات السائلة (LWC)3.6، وستؤدي زيادة طول الموجات السائلة (LWC) إلى ما يزيد عن 1.0 متر إلى توهين قوي للضوء وزيادة خطر ظهور الفقاعات، إلخ.3،7. وفيما يتعلق بخلية الانعكاس المتعددة المقترحة لتحسينات المسار الضوئي، فإن حد الكشف لم يتحسن إلا بعامل يتراوح بين 2.5 و8.9.
يوجد حاليًا نوعان رئيسيان من شعيرات المياه العذبة منخفضة الكربون (LWC)، وهما شعيرات تفلون AF (بمعامل انكسار يبلغ حوالي 1.3 فقط، وهو أقل من معامل انكسار الماء)، وشعيرات السيليكا المطلية بتفلون AF أو أغشية معدنية. لتحقيق انعكاس الأشعة تحت الحمراء التام (TIR) ​​عند السطح الفاصل بين المواد العازلة، يلزم استخدام مواد ذات معامل انكسار منخفض وزوايا سقوط ضوء عالية. بالنسبة لشعيرات تفلون AF، يتميز تفلون AF بنفاذية الهواء بفضل بنيته المسامية. ويمكنه امتصاص كميات صغيرة من المواد في عينات الماء. أما بالنسبة لشعيرات الكوارتز المطلية من الخارج بتفلون AF أو المعدن، فإن معامل انكسار الكوارتز (1.45) أعلى من معظم العينات السائلة (مثل 1.33 للماء). 3، 6، 12، 13. بالنسبة للشعيرات الدموية المغلفة بغشاء معدني من الداخل، تمت دراسة خصائص النقل14،15،16،17،18، ولكن عملية الطلاء معقدة، حيث أن سطح الغشاء المعدني له بنية خشنة ومسامية4،19.
بالإضافة إلى ذلك، تعاني أنابيب المياه السطحية التجارية (الشعيرات الدموية المغطاة بالتفلون من شركة AF والشعيرات الدموية المغطاة بالسيليكا من شركة World Precision Instruments, Inc.) من عيوب أخرى، مثل: الأعطال. قد يؤدي الحجم الميت الكبير لموصل TIR3,10 (2) على شكل حرف T (لتوصيل الشعيرات الدموية والألياف وأنابيب المدخل/المخرج) إلى حبس فقاعات الهواء10.
في نفس الوقت، فإن تحديد مستويات الجلوكوز له أهمية كبيرة لتشخيص مرض السكري وتليف الكبد والأمراض العقلية20. والعديد من طرق الكشف مثل القياس الضوئي (بما في ذلك القياس الطيفي 21، 22، 23، 24، 25 والقياس اللوني على الورق 26، 27، 28)، والقياس الجلفاني 29، 30، 31، والقياس الفلوري 32، 33، 34، 35، والاستقطاب الضوئي 36، والرنين البلازموني السطحي. 37، وتجويف فابري بيرو 38، والكيمياء الكهربائية 39 والرحلان الكهربائي الشعري 40،41 وما إلى ذلك. ومع ذلك، تتطلب معظم هذه الطرق معدات باهظة الثمن، ويظل الكشف عن الجلوكوز عند عدة تركيزات نانومولية تحديًا (على سبيل المثال، بالنسبة للقياسات الضوئية21، 22، 23، 24، 25، 26، 27، 28، أقل تركيز للجلوكوز). كان الحد الأقصى 30 نانومول فقط عند استخدام جسيمات النانو الزرقاء البروسية كمحاكيات للبيروكسيديز. غالبًا ما تكون تحليلات الجلوكوز النانومولية مطلوبة للدراسات الخلوية على المستوى الجزيئي مثل تثبيط نمو سرطان البروستاتا البشري42 وسلوك تثبيت ثاني أكسيد الكربون لبكتيريا بروكلوروكوكوس في المحيط.
في هذه المقالة، طُوِّر مقياس ضوئي صغير الحجم وغير مُكلف، قائم على أنبوب شعيري موجّه موجي معدني (MWC)، وهو أنبوب شعيري مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ SUS316L بسطح داخلي مصقول كهربائيًا، لتحديد الامتصاص فائق الحساسية. ونظرًا لإمكانية حبس الضوء داخل الأنابيب الشعرية المعدنية بغض النظر عن زاوية سقوطه، يُمكن زيادة المسار الضوئي بشكل كبير عن طريق تشتت الضوء على الأسطح المعدنية المموجة والناعمة، وهو أطول بكثير من الطول الفعلي لـ MWC. بالإضافة إلى ذلك، صُمِّم موصل T بسيط للوصلة الضوئية ومدخل/مخرج السائل لتقليل الحجم الميت وتجنب احتباس الفقاعات. بالنسبة لمقياس الضوء MWC بطول 7 سم، تحسَّن حد الكشف بحوالي 3000 مرة مقارنةً بمقياس الطيف الضوئي التجاري ذي الكوفيت بطول 1 سم، وذلك بفضل التحسين الجديد للمسار الضوئي غير الخطي والتبديل السريع للعينات، كما يُمكن تحقيق تركيز كشف الجلوكوز. 5.12 نانومولار فقط باستخدام كواشف كروموجينية شائعة.
كما هو موضح في الشكل 1، يتكون مقياس الضوء المعتمد على MWC من MWC بطول 7 سم بسطح داخلي مصقول كهربائيًا بدرجة EP، ومصباح LED بطول 505 نانومتر مزود بعدسة، وكاشف ضوئي قابل للتعديل الكسب، واثنين للاقتران البصري ومدخل السائل. مخرج. يُستخدم صمام ثلاثي الاتجاهات متصل بأنبوب مدخل Pike لتبديل العينة الواردة. يُثبّت أنبوب Peek بإحكام صفيحة الكوارتز وMWC، مما يُقلل من الحجم الميت في موصل T إلى أدنى حد، مما يمنع بفعالية احتباس فقاعات الهواء. بالإضافة إلى ذلك، يمكن إدخال الشعاع المتوازي بسهولة وكفاءة إلى MWC من خلال صفيحة الكوارتز ذات القطعة T.
يتم إدخال الشعاع والعينة السائلة إلى مركز التحكم المغناطيسي (MCC) عبر قطعة على شكل حرف T، ويستقبل كاشف ضوئي الشعاع المار عبر مركز التحكم المغناطيسي. يتم إدخال المحاليل الواردة من العينات الملطخة أو الفارغة بالتناوب إلى مركز التحكم المغناطيسي (ICC) عبر صمام ثلاثي الاتجاهات. وفقًا لقانون بير، يمكن حساب الكثافة الضوئية للعينة الملونة من المعادلة. 1.10
حيث تُمثل Vcolor وVblank إشارتي خرج الكاشف الضوئي عند إدخال العينات الملونة والفارغة إلى وحدة التحكم بالحركة (MCC)، على التوالي، بينما تُمثل Vdark إشارة الخلفية الكاشف الضوئي عند إطفاء الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED). يمكن قياس التغير في إشارة الخرج ΔV = Vcolor–Vblank بتبديل العينات. وفقًا للمعادلة، كما هو موضح في الشكل 1، إذا كانت ΔV أصغر بكثير من Vblank–Vdark، فعند استخدام نظام تبديل أخذ العينات، فإن التغييرات الطفيفة في Vblank (مثل الانحراف) قد لا يكون لها تأثير يُذكر على قيمة AMWC.
لمقارنة أداء مقياس الضوء القائم على MWC مع مقياس الطيف القائم على الكوفيت، استُخدم محلول حبر أحمر كعينة لونية نظرًا لثباته اللوني الممتاز وارتباطه الجيد بين التركيز والامتصاص، وعينة فارغة من DI H2O. وكما هو موضح في الجدول 1، حُضِّرت سلسلة من محاليل الحبر الأحمر بطريقة التخفيف التسلسلي باستخدام DI H2O كمذيب. حُدِّد التركيز النسبي للعينة 1 (S1)، وهي طلاء أحمر أصلي غير مخفف، على أنه 1.0. يوضح الشكل 2 صورًا ضوئية لـ 11 عينة حبر أحمر (من S4 إلى S14) بتركيزات نسبية (مدرجة في الجدول 1) تتراوح من 8.0 × 10-3 (يسار) إلى 8.2 × 10-10 (يمين).
تظهر نتائج قياس العينة 6 في الشكل 3(أ). نقاط التبديل بين العينات الملونة والفارغة مُشار إليها في الشكل بأسهم مزدوجة "↔". يتضح أن جهد الخرج يزداد بسرعة عند التبديل من العينات الملونة إلى العينات الفارغة، والعكس صحيح. يمكن الحصول على قيم Vcolor وVblank وΔV المقابلة كما هو موضح في الشكل.
(أ) نتائج القياس للعينة 6، (ب) العينة 9، (ج) العينة 13، و(د) العينة 14 باستخدام مقياس الضوء المعتمد على MWC.
تظهر نتائج القياس للعينات 9 و13 و14 في الأشكال 3(ب)-(د) على التوالي. وكما هو موضح في الشكل 3(د)، فإن ΔV المقاسة هي 5 nV فقط، وهو ما يقرب من 3 أضعاف قيمة الضوضاء (2 nV). يصعب التمييز بين ΔV الصغيرة والضوضاء. وبالتالي، وصل حد الكشف إلى تركيز نسبي قدره 8.2×10-10 (العينة 14). بمساعدة المعادلات. 1. يمكن حساب امتصاص AMWC من قيم Vcolor وVblank وVdark المقاسة. بالنسبة لكاشف ضوئي بمكسب 104، يكون Vdark هو -0.68 μV. تم تلخيص نتائج القياس لجميع العينات في الجدول 1 ويمكن العثور عليها في المواد التكميلية. وكما هو موضح في الجدول 1، فإن الامتصاص الموجود عند تركيزات عالية مشبعة، لذلك لا يمكن قياس الامتصاص الذي يزيد عن 3.7 باستخدام أجهزة قياس الطيف القائمة على MWC.
للمقارنة، تم قياس عينة حبر أحمر أيضًا باستخدام مقياس الطيف الضوئي، ويظهر امتصاص أكوفيت المقاس في الشكل 4. تم الحصول على قيم أكوفيت عند 505 نانومتر (كما هو موضح في الجدول 1) بالرجوع إلى منحنيات العينات 10 أو 11 أو 12 (كما هو موضح في الملحق). إلى الشكل 4) كخط أساس. كما هو موضح، وصل حد الكشف إلى تركيز نسبي قدره 2.56 × 10-6 (العينة 9) لأن منحنيات الامتصاص للعينات 10 و11 و12 كانت غير قابلة للتمييز عن بعضها البعض. وبالتالي، عند استخدام مقياس الضوء القائم على MWC، تم تحسين حد الكشف بعامل 3125 مقارنةً بمقياس الطيف القائم على الكوفيت.
يوضح الشكل 5 علاقة الامتصاص-التركيز بالاعتماد. في قياسات الكوفيت، يتناسب الامتصاص طرديًا مع تركيز الحبر عند طول مسار 1 سم. أما في القياسات المعتمدة على MWC، فقد لوحظت زيادة غير خطية في الامتصاص عند التركيزات المنخفضة. ووفقًا لقانون بير، يتناسب الامتصاص طرديًا مع طول المسار الضوئي، لذا فإن مكسب الامتصاص AEF (المُعرّف بأنه AEF = AMWC/Acuvette عند نفس تركيز الحبر) هو نسبة MWC إلى طول المسار الضوئي للكوفيت. وكما هو موضح في الشكل 5، عند التركيزات العالية، يكون ثابت AEF حوالي 7.0، وهو أمر منطقي لأن طول MWC يساوي بالضبط 7 أضعاف طول كوفيت بطول 1 سم. ومع ذلك، عند التركيزات المنخفضة (التركيز المرتبط <1.28 × 10-5)، يزداد AEF مع انخفاض التركيز وسيصل إلى قيمة 803 عند التركيز المرتبط 8.2 × 10-10 عن طريق استقراء منحنى القياس القائم على الكوفيت. ومع ذلك، عند التركيزات المنخفضة (التركيز المرتبط <1.28 × 10-5)، يزداد AEF مع انخفاض التركيز وسيصل إلى قيمة 803 عند التركيز المرتبط 8.2 × 10-10 عن طريق استقراء منحنى القياس القائم على الكوفيت. ومع ذلك، عند التركيزات المنخفضة (التركيز العالي <1,28 × 10–5) يتم تعزيز AEF بتركيز أفضل ويمكن دعمه 803 مع التركيز الزائد 8,2 × 10–10 مع الاستقصاء الدقيق الأساس. ومع ذلك، عند التركيزات المنخفضة (التركيز النسبي <1.28 × 10–5)، يزداد AEF مع انخفاض التركيز ويمكن أن يصل إلى قيمة 803 عند تركيز نسبي 8.2 × 10–10 عند استقراءه من منحنى القياس القائم على الكوفيت.然而,在低浓度(相关浓度<1.28 × 10-5)下,AEF يجب أن تكون النتيجة النهائية هي 8.2 × 10-10. تم شراء 803 قطعة.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تم تحديد 8.2 × 10-10 على أساس 8.2 × 10-10 من خلال 803 值. ومع ذلك، عند التركيزات المنخفضة (التركيزات ذات الصلة < 1,28 × 10-5) يتم تعزيز AB بتركيزات أفضل، وبالطبع زيادة الحجم الدقيق للأحواض الرئيسية التي توفر تركيزًا عاليًا للغاية 8,2 × 10–10 803 . ومع ذلك، عند التركيزات المنخفضة (التركيزات ذات الصلة < 1.28 × 10-5)، يزداد AED مع انخفاض التركيز، وعند استقراء ذلك من منحنى القياس القائم على الكوفيت، فإنه يصل إلى قيمة تركيز نسبية تبلغ 8.2 × 10-10 803.ينتج عن هذا مسار بصري مماثل يبلغ 803 سم (AEF × 1 سم)، وهو أطول بكثير من الطول الفعلي لـ MWC، بل وأطول حتى من أطول LWC متوفر تجاريًا (500 سم من شركة World Precision Instruments, Inc.). يبلغ طول Doko Engineering LLC 200 سم. لم يُبلّغ سابقًا عن هذه الزيادة غير الخطية في الامتصاص في LWC.
يوضح الشكل 6(أ)-(ج) صورة بصرية، وصورة مجهر، وصورة مُحلل بصري للسطح الداخلي لقسم MWC، على التوالي. وكما هو موضح في الشكل 6(أ)، فإن السطح الداخلي أملس ولامع، ويعكس الضوء المرئي، وله قدرة عالية على الانعكاس. وكما هو موضح في الشكل 6(ب)، وبسبب قابلية المعدن للتشوه وطبيعته البلورية، تظهر نتوءات صغيرة وعدم انتظام على السطح الأملس. نظرًا للمساحة الصغيرة (<5 ميكرومتر × 5 ميكرومتر)، فإن خشونة معظم الأسطح أقل من 1.2 نانومتر (الشكل 6 (ج)). نظرًا لصغر المساحة (<5 ميكرومتر × 5 ميكرومتر)، فإن خشونة معظم الأسطح أقل من 1.2 نانومتر (الشكل 6 (ج)). Ввиду малой площади (<5 мкм×5 мкм) чероховатость больчей части повераности составляет менее 1,2 nm (ris.6(в)). بسبب المساحة الصغيرة (<5 ميكرومتر × 5 ميكرومتر)، فإن خشونة معظم السطح أقل من 1.2 نانومتر (الشكل 6 (ج)).يمكن أن يصل طوله إلى 1.2 نانومتر (في 6 (ج)).يمكن أن يصل طوله إلى 1.2 نانومتر (في 6 (ج)). Учитывая небольshую площадь (<5 мкм × 5 мкм)، сероkhоватость больчинства повераностей составляет менее 1,2 nm (ris.6(в)). بالنظر إلى المساحة الصغيرة (<5 ميكرومتر × 5 ميكرومتر)، فإن خشونة معظم الأسطح أقل من 1.2 نانومتر (الشكل 6 (ج)).
(أ) صورة بصرية، (ب) صورة مجهرية، و (ج) صورة بصرية للسطح الداخلي لقطع MWC.
كما هو موضح في الشكل 7(أ)، يتم تحديد المسار البصري LOP في الشعيرة بواسطة زاوية السقوط θ (LOP = LC/sinθ، حيث LC هو الطول الفيزيائي للشعيرة). بالنسبة للشعيرات الدموية المصنوعة من مادة Teflon AF المملوءة بـ DI H2O، يجب أن تكون زاوية السقوط أكبر من الزاوية الحرجة البالغة 77.8 درجة، وبالتالي تكون LOP أقل من 1.02 × LC دون مزيد من التحسين3.6. بينما في حالة MWC، يكون حبس الضوء داخل الشعيرة مستقلاً عن معامل الانكسار أو زاوية السقوط، لذلك مع انخفاض زاوية السقوط، يمكن أن يكون مسار الضوء أطول بكثير من طول الشعيرة (LOP » LC). كما هو موضح في الشكل 7(ب)، يمكن لسطح المعدن المموج أن يحفز تشتت الضوء، مما يمكن أن يزيد بشكل كبير من المسار البصري.
لذلك، يوجد مساران للضوء في MWC: ضوء مباشر بدون انعكاس (LOP = LC) وضوء مسنن مع انعكاسات متعددة بين الجدران الجانبية (LOP » LC). وفقًا لقانون بير، يمكن التعبير عن شدة الضوء المباشر والمتعرج المنقولين بـ PS×exp(-α×LC) وPZ×exp(-α×LOP) على التوالي، حيث يمثل الثابت α معامل الامتصاص، والذي يعتمد كليًا على تركيز الحبر.
بالنسبة للحبر عالي التركيز (على سبيل المثال، التركيز المرتبط >1.28 × 10-5)، يتم تخفيف الضوء المتعرج بشكل كبير وتكون شدته أقل بكثير من شدة الضوء المستقيم، بسبب معامل الامتصاص الكبير ومساره البصري الأطول بكثير. بالنسبة للحبر عالي التركيز (على سبيل المثال، التركيز المرتبط >1.28 × 10-5)، يتم تخفيف الضوء المتعرج بشكل كبير وتكون شدته أقل بكثير من شدة الضوء المستقيم، بسبب معامل الامتصاص الكبير ومساره البصري الأطول بكثير. للقشرة ذات التركيز العالي (على سبيل المثال، التركيز العالي >1,28 × 10-5) ضوء ساطع يحترق، والأنا كثافة أكبر من أي شيء آخر في العالم العلوي، من أجل الحصول على فعالية أكبر ومن الجيد جدًا الحصول على إخلاء بصري. بالنسبة للحبر عالي التركيز (على سبيل المثال التركيز النسبي >1.28×10-5)، يتم تخفيف الضوء المتعرج بقوة وتكون شدته أقل بكثير من شدة الضوء المباشر بسبب معامل الامتصاص الكبير والانبعاث البصري الأطول بكثير.مسار.对于高浓度墨水(例如,相关浓度>1.28×10-5),Z字形光ربما يكون هذا هو الحال بالنسبة لك.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...للقشرة ذات التركيز العالي (على سبيل المثال، التركيزات ذات الصلة >1,28×10-5) يتم تسليط الضوء الشديد على الضوء الساطع، و إن تكثيفها لا يقل عن كونها عالمًا رائعًا لمرفق أكبر التتبع والمزيد من أوقات البصريات الدقيقة. بالنسبة للأحبار ذات التركيز العالي (على سبيل المثال، التركيزات ذات الصلة >1.28×10-5)، يتم تخفيف الضوء المتعرج بشكل كبير وتكون شدته أقل بكثير من شدة الضوء المباشر بسبب معامل الامتصاص الكبير والوقت البصري الأطول.طريق صغير.وبالتالي، سيطر الضوء المباشر على تحديد الامتصاص (LOP=LC) وتم الحفاظ على AEF ثابتًا عند ~7.0. على النقيض من ذلك، عندما يتم تقليل معامل الامتصاص مع انخفاض تركيز الحبر (على سبيل المثال، التركيز المرتبط <1.28 × 10-5)، تزداد شدة الضوء المتعرج بسرعة أكبر من شدة الضوء المستقيم ثم يبدأ الضوء المتعرج في لعب دور أكثر أهمية. على النقيض من ذلك، عندما يتم تقليل معامل الامتصاص مع انخفاض تركيز الحبر (على سبيل المثال، التركيز المرتبط <1.28 × 10-5)، تزداد شدة الضوء المتعرج بسرعة أكبر من شدة الضوء المستقيم ثم يبدأ الضوء المتعرج في لعب دور أكثر أهمية. بشكل عام، عندما يتم تحسين تركيز التركيز بتركيز مخفف (على سبيل المثال، تركيز إضافي <1,28 × 10-5)، كثافة الطاقة الشمسية تتزايد بشكل كبير مع الضوء العالي، و الآن نبدأ في لعب الضوء المتعرج. على العكس من ذلك، عندما ينخفض ​​معامل الامتصاص مع انخفاض تركيز الحبر (على سبيل المثال، التركيز النسبي <1.28×10-5)، تزداد شدة الضوء المتعرج بشكل أسرع من شدة الضوء المباشر، ثم يبدأ الضوء المتعرج في اللعب.دور أكثر أهمية.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) , في حالة حدوث ذلك ، قد يكون من الصعب العثور عليه 更 更 更 更 更 更 مرحبا 的角色. وأفضل ما في الأمر أنه عندما يتم تقليل تكثيف القهوة بتركيز مخفف من الذرة (على سبيل المثال، تركيز مناسب < 1,28×10-5)، كثافة الضوء العالي تتزايد بشكل كبير، مع التحسين، ثم هناك عالم متألق يبدأ في لعب دور مهم للغاية. وعلى العكس من ذلك، عندما ينخفض ​​معامل الامتصاص مع انخفاض تركيز الحبر (على سبيل المثال، التركيز المقابل < 1.28×10-5)، تزداد شدة الضوء المتعرج بشكل أسرع من الضوء المباشر، ومن ثم يبدأ الضوء المتعرج في لعب دور أكثر أهمية.شخصية دورية.لذلك، بفضل مسار بصري مسنن (LOP > LC)، يُمكن زيادة قيمة AEF إلى أكثر من 7.0 بكثير. ويمكن الحصول على خصائص نفاذية ضوئية دقيقة لـ MWC باستخدام نظرية وضع الموجّه الموجي.
بالإضافة إلى تحسين المسار الضوئي، يُسهم التبديل السريع للعينات في انخفاض حدود الكشف بشكل كبير. ونظرًا لصغر حجم وحدة التحكم بالحركة (MCC) (0.16 مل)، يُمكن أن يكون الوقت اللازم للتبديل وتغيير المحاليل في وحدة التحكم بالحركة أقل من 20 ثانية. وكما هو موضح في الشكل 5، فإن الحد الأدنى للقيمة القابلة للكشف لـ AMWC (2.5 × 10-4) أقل بأربع مرات من قيمة Acuvette (1.0 × 10-3). يُقلل التبديل السريع للمحلول المتدفق في الأنبوب الشعري من تأثير ضوضاء النظام (مثل الانجراف) على دقة فرق الامتصاص مقارنةً بمحلول الاحتفاظ في الكوفيت. على سبيل المثال، كما هو موضح في الشكل 3(ب)-(د)، يُمكن تمييز ΔV بسهولة عن إشارة الانجراف بفضل التبديل السريع للعينات في الأنبوب الشعري ذي الحجم الصغير.
كما هو موضح في الجدول 2، تم تحضير مجموعة من محاليل الجلوكوز بتركيزات مختلفة باستخدام ثنائي هيدروجين الماء (DIH2O) كمذيب. حُضِّرت العينات الملطخة أو الفارغة بخلط محلول الجلوكوز أو الماء منزوع الأيونات مع محاليل كروموجينية من أوكسيديز الجلوكوز (GOD) وبيروكسيديز (POD) 37 بنسبة حجم ثابتة 3:1، على التوالي. يوضح الشكل 8 صورًا ضوئية لتسع عينات ملطخة (S2-S10) بتركيزات جلوكوز تتراوح بين 2.0 ملي مولار (يسار) و5.12 نانو مولار (يمين). يتناقص الاحمرار مع انخفاض تركيز الجلوكوز.
تظهر نتائج قياسات العينات 4 و9 و10 باستخدام مقياس ضوئي قائم على MWC في الأشكال 9(أ)-(ج) على التوالي. وكما هو موضح في الشكل 9(ج)، تصبح قيمة ΔV المقاسة أقل استقرارًا وتزداد ببطء أثناء القياس مع تغير لون كاشف GOD-POD نفسه ببطء (حتى بدون إضافة الجلوكوز) في الضوء. وبالتالي، لا يمكن تكرار قياسات ΔV المتتالية للعينات التي يقل تركيز الجلوكوز فيها عن 5.12 نانومول (العينة 10)، لأنه عندما تكون قيمة ΔV صغيرة بما يكفي، لا يمكن إهمال عدم استقرار كاشف GOD-POD. لذلك، فإن حد الكشف لمحلول الجلوكوز هو 5.12 نانومول، على الرغم من أن قيمة ΔV المقابلة (0.52 ميكروفولت) أكبر بكثير من قيمة الضوضاء (0.03 ميكروفولت)، مما يشير إلى أنه لا يزال من الممكن الكشف عن قيمة ΔV صغيرة. يمكن تحسين حد الكشف هذا بشكل أكبر عن طريق استخدام الكواشف الكروموجينية الأكثر استقرارًا.
(أ) نتائج القياس للعينة 4، (ب) العينة 9، و(ج) العينة 10 باستخدام مقياس الضوء المعتمد على MWC.
يمكن حساب امتصاصية AMWC باستخدام قيم Vcolor وVblank وVdark المقاسة. بالنسبة لكاشف ضوئي ذي كسب 105 Vdark، تكون القيمة -0.068 ميكرو فولت. يمكن ضبط قياسات جميع العينات في المادة التكميلية. للمقارنة، تم قياس عينات الجلوكوز أيضًا باستخدام مطياف ضوئي، ووصل الامتصاص المقاس لأكوفيت إلى حد كشف قدره 0.64 ميكرومول (العينة 7) كما هو موضح في الشكل 10.
يوضح الشكل 11 العلاقة بين الامتصاص والتركيز. باستخدام مقياس الضوء المعتمد على MWC، تحقق تحسن في حد الكشف بمقدار 125 ضعفًا مقارنةً بمقياس الطيف المعتمد على الكوفيت. هذا التحسن أقل من اختبار الحبر الأحمر نظرًا لضعف استقرار كاشف GOD-POD. كما لوحظت زيادة غير خطية في الامتصاص عند التركيزات المنخفضة.
طُوِّرَ مقياس ضوئي قائم على MWC للكشف فائق الحساسية عن عينات السوائل. يُمكن زيادة المسار الضوئي بشكل كبير، ليصبح أطول بكثير من الطول الفيزيائي لـ MWC، لأن الضوء المُشتَّت بواسطة الجدران الجانبية المعدنية الملساء المموجة يُمكن احتواؤه داخل الشعيرات الدموية بغض النظر عن زاوية السقوط. يُمكن تحقيق تركيزات منخفضة تصل إلى 5.12 نانومولار باستخدام كواشف GOD-POD التقليدية، وذلك بفضل التضخيم الضوئي غير الخطي الجديد والتبديل السريع للعينات وكشف الجلوكوز. سيُستخدم هذا المقياس الضوئي صغير الحجم وغير المكلف على نطاق واسع في علوم الحياة والرصد البيئي لتحليل الآثار.
كما هو موضح في الشكل 1، يتكون مقياس الضوء المعتمد على MWC من MWC بطول 7 سم (القطر الداخلي 1.7 مم، القطر الخارجي 3.18 مم، السطح الداخلي مصقول كهربائيًا من فئة EP، وأنبوب شعري من الفولاذ المقاوم للصدأ SUS316L)، ومصباح LED بطول موجي 505 نانومتر (Thorlabs M505F1)، وعدسات (بمدى شعاع يبلغ حوالي 6.6 درجة)، وكاشف ضوئي متغير الكسب (Thorlabs PDB450C)، وموصلين على شكل حرف T للاتصال البصري ودخول وخروج السائل. يُصنع موصل T عن طريق ربط صفيحة كوارتز شفافة بأنبوب PMMA، حيث تُدخل أنابيب MWC وPeek (بقطر داخلي 0.72 مم، قطر خارجي 1.6 مم، من شركة Vici Valco Corp.) بإحكام وتُلصق. يُستخدم صمام ثلاثي الاتجاهات متصل بأنبوب مدخل Pike لتحويل العينة الواردة. يستطيع كاشف الضوء تحويل القدرة الضوئية المُستقبَلة P إلى إشارة جهد مُضخَّمة N×V (حيث V/P = 1.0 V/W عند 1550 نانومتر، ويمكن ضبط الكسب N يدويًا في نطاق 103-107). للاختصار، يُستخدم V بدلاً من N×V كإشارة خرج.
وبالمقارنة، تم أيضًا استخدام مطياف تجاري (سلسلة Agilent Technologies Cary 300 مع مضاعف ضوئي عالي الكفاءة R928) مع خلية كوفيت مقاس 1.0 سم لقياس امتصاص عينات السوائل.
تم فحص السطح الداخلي لقطع MWC باستخدام مقياس السطح البصري (ZYGO New View 5022) بدقة رأسية وجانبية تبلغ 0.1 نانومتر و0.11 ميكرومتر على التوالي.
تم شراء جميع المواد الكيميائية (الدرجة التحليلية، لا مزيد من التنقية) من شركة Sichuan Chuangke Biotechnology Co.، Ltd. تتضمن مجموعات اختبار الجلوكوز أوكسيديز (GOD)، بيروكسيديز (POD)، 4-أمينوأنتيبيرين والفينول، إلخ. تم تحضير المحلول الكروموجيني بطريقة GOD-POD 37 المعتادة.
كما هو موضح في الجدول 2، تم تحضير مجموعة من محاليل الجلوكوز بتركيزات مختلفة باستخدام DI H2O كمخفف باستخدام طريقة التخفيف التسلسلي (انظر المواد التكميلية لمزيد من التفاصيل). حُضِّرت العينات الملطخة أو الفارغة بخلط محلول الجلوكوز أو الماء منزوع الأيونات مع محلول كروموجيني بنسبة حجم ثابتة 3:1، على التوالي. حُفظت جميع العينات عند درجة حرارة 37 درجة مئوية، محمية من الضوء لمدة 10 دقائق قبل القياس. في طريقة GOD-POD، تتحول العينات الملطخة إلى اللون الأحمر مع أقصى امتصاص عند 505 نانومتر، ويتناسب الامتصاص تقريبًا مع تركيز الجلوكوز.
كما هو موضح في الجدول 1، تم تحضير سلسلة من حلول الحبر الأحمر (شركة Ostrich Ink المحدودة، تيانجين، الصين) بطريقة التخفيف التسلسلي باستخدام DI H2O كمذيب.
كيفية الاستشهاد بهذه المقالة: باي، م. وآخرون. مقياس ضوئي مدمج قائم على الشعيرات الموجية المعدنية: لتحديد تركيزات الجلوكوز النانومولية. مجلة العلوم، المجلد 5، العدد 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
دريس، ب. وفرانكي، هـ. زيادة دقة تحليل السوائل والتحكم في قيمة الرقم الهيدروجيني باستخدام موجه النواة السائلة. دريس، ب. وفرانكي، هـ. زيادة دقة تحليل السوائل والتحكم في قيمة الرقم الهيدروجيني باستخدام موجه النواة السائلة.دريس، ب. وفرانكي، هـ. تحسين دقة تحليل السوائل والتحكم في درجة الحموضة باستخدام موجه النواة السائلة. Dress، P. & Franke، H. يقيس درجة الحموضة في الجسم. دريس، بي. وفرانكي، إتش. يقيس درجة الحموضة والأس الهيدروجينيدريس، ب. وفرانكي، هـ. تحسين دقة تحليل السوائل والتحكم في درجة الحموضة باستخدام الموجهات الأساسية للسائل.التحول إلى العلم. متر. 68، 2167-2171 (1997).
لي، كيو بي، تشانغ، جيه - زد، ميلرو، إف جيه وهانسيل، دي إيه التحديد اللوني المستمر لآثار الأمونيوم في مياه البحر باستخدام خلية شعرية ذات موجه سائل طويل المسار. لي، كيو بي، تشانغ، جيه-زد، ميلرو، إف جيه وهانسيل، دي إيه التحديد اللوني المستمر لآثار الأمونيوم في مياه البحر باستخدام خلية شعرية ذات موجه سائل طويل المسار.لي، كيه بي، تشانج، جيه-زد، ميلرو، إف جيه وهانسيل، دي إيه التحديد اللوني المستمر لكميات ضئيلة من الأمونيوم في مياه البحر باستخدام خلية شعرية مع موجه سائل. لي، QP، تشانغ، J.-Z.، ميليرو، FJ وهانسيل، DA لي، QP، تشانغ، J.-Z.، ميليرو، FJ وهانسيل، DA.لي، كيه بي، تشانج، جيه-زد، ميلرو، إف جيه وهانسيل، دي إيه التحديد اللوني المستمر لكميات ضئيلة من الأمونيوم في مياه البحر باستخدام الشعيرات الموجية السائلة طويلة المدى.الكيمياء في مارس. 96، 73-85 (2005).
باسكوا، آر إن إم جيه، وتوث، آي في، ورانجيل، إيه أو إس إس مراجعة للتطبيقات الحديثة لخلية الموجات الشعرية السائلة في تقنيات التحليل القائمة على التدفق لتعزيز حساسية طرق الكشف الطيفي. باسكوا، آر إن إم جيه، وتوث، آي في، ورانجيل، إيه أو إس إس مراجعة للتطبيقات الحديثة لخلية الموجات الشعرية السائلة في تقنيات التحليل القائمة على التدفق لتعزيز حساسية طرق الكشف الطيفي.باسكوا، آر إن إم جيه، وتوث، آي في، ورانجل، إيه أو إس إس مراجعة للتطبيقات الحديثة لخلية الشعيرات الموجية السائلة في تقنيات تحليل التدفق لتحسين حساسية طرق الكشف الطيفي. باسكوا، RNMJ، توث، IV & رانجيل، AOSS أفضل ما في الأمر هو أن تكون قادرًا على التعامل مع المشكلة لا داعي للقلق بشأن هذا الأمر. باسكوا، رنمج، توث، إيف & رانجيل، آوس方法 的... . كيفية استخدام بطاقة الائتمان الخاصة بك في بطاقة الائتمان الخاصة بك كيفية استخدام بطاقة الائتمان الخاصة بكباسكوا، RNMJ، وتوث، IV ورانجل، AOSS مراجعة للتطبيقات الحديثة لخلايا الشعيرات الموجية السائلة في الطرق التحليلية القائمة على التدفق لتعزيز حساسية طرق الكشف الطيفي.الشرج. قانون الطب الشرعي رقم 739، 1-13 (2012).
وين، ت.، جاو، ج.، تشانغ، ج.، بيان، ب. وشين، ج. التحقيق في سمك أغشية الفضة والذهب في الشعيرات الدموية للموجات الموجية المجوفة. وين، ت.، جاو، ج.، تشانغ، ج.، بيان، ب. وشين، ج. التحقيق في سمك أغشية الفضة والذهب في الشعيرات الدموية للموجات الموجية المجوفة.وين ت.، جاو جيه، تشانغ جيه، بيان بي، وشين جيه. التحقيق في سمك أغشية الفضة، الفضةI في الشعيرات الدموية للموجات الموجية المجوفة. وين، تي، جاو، جيه، تشانغ، جيه، بيان، بي & شين، جيه. ون، ت.، جاو، ج.، تشانغ، ج.، بيان، ب. وشين، ج. البحث في سمك الطبقة الرقيقة من الفضة والحديد في مجرى الهواء.وين ت.، جاو جيه، تشانغ جيه، بيان بي، وشين جيه. التحقيق في سمك الفيلم الرقيق للفضة، AgI في الشعيرات الموجية المجوفة.فيزياء الأشعة تحت الحمراء. التكنولوجيا 42، 501-508 (2001).
جيمبرت، إل جيه، وهايجارث، بي إم، وورسفولد، بي جيه تحديد تركيزات النانومولار من الفوسفات في المياه الطبيعية باستخدام حقن التدفق باستخدام خلية شعرية ذات موجه سائل بطول مسار طويل والكشف الطيفي بالحالة الصلبة. جيمبرت، إل جيه، وهايجارث، بي إم، وورسفولد، بي جيه تحديد تركيزات النانومولار من الفوسفات في المياه الطبيعية باستخدام حقن التدفق باستخدام خلية شعرية ذات موجه سائل بطول مسار طويل والكشف الطيفي بالحالة الصلبة.جيمبرت، إل جيه، وهايجارث، بي إم، وورسفولد، بي جيه تحديد تركيزات الفوسفات النانومولية في المياه الطبيعية باستخدام الحقن التدفقي باستخدام خلية شعرية موجهة للسائل والكشف الطيفي بالحالة الصلبة. جيمبرت، إل جيه، هايغارث، بي إم وورسفولد، بي جيه أفضل ما في الأمر هو الحصول على أفضل النتائج والفوائد لا يوجد شيء أفضل من ذلك. جيمبرت، إل جيه، وهايجارث، بي إم، وورسفولد، بي جيه تحديد تركيز الفوسفات في المياه الطبيعية باستخدام محقنة سائلة وأنبوب شعري طويل المدى للموجات السائلة.جيمبرت، إل جيه، وهايجارث، بي إم، وورسفولد، بي جيه تحديد الفوسفات النانومولي في الماء الطبيعي باستخدام تدفق الحقن والموجه الشعري مع مسار بصري طويل والكشف الطيفي بالحالة الصلبة.تارانتا 71، 1624-1628 (2007).
بيلز، م.، دريس، ب.، سوخيتسكي، أ. وليو، س. الخطية وطول المسار البصري الفعال لخلايا الشعيرات الموجية السائلة. بيلز، م.، دريس، ب.، سوخيتسكي، أ. وليو، س. الخطية وطول المسار البصري الفعال لخلايا الشعيرات الموجية السائلة.بيلز م، دريس ب، سوهيتسكي أ، وليو س. الخطية وطول المسار البصري الفعال في الموجهات الموجية السائلة في الخلايا الشعرية. Belz، M.، Dress، P.، Sukhitskiy، A. & Liu، S. بيلز، م.، دريس، ب.، سوخيتسكي، أ. وليو، س. الخطية والطول الفعال للماء السائل.بيلز م، دريس ب، سوهيتسكي أ، وليو س. طول المسار البصري الخطي والفعال في موجة السائل في الخلايا الشعرية.SPIE 3856، 271–281 (1999).
دالاس، ت. وداسجوبتا، ب. ك. ضوء في نهاية النفق: التطبيقات التحليلية الحديثة للموجهات ذات النواة السائلة. دالاس، ت. وداسجوبتا، ب. ك. ضوء في نهاية النفق: التطبيقات التحليلية الحديثة للموجهات ذات النواة السائلة.دالاس، ت. وداسجوبتا، ب. ك. ضوء في نهاية النفق: التطبيقات التحليلية الحديثة للموجهات ذات النواة السائلة. Dallas، T. & Dasgupta، PK Light في نهاية النفق: 液芯波导的最新分析应用. Dallas، T. & Dasgupta، PK Light في نهاية النفق: 液芯波导的最新分析应用.دالاس، ت. وداسجوبتا، ب. ك. ضوء في نهاية النفق: أحدث تطبيق تحليلي للموجهات ذات النواة السائلة.تحليل الاتجاهات، مجلة الكيمياء الكيميائية، 23، 385-392 (2004).
خلية كشف ضوئي متعددة الاستخدامات للانعكاس الداخلي الكلي لتحليل التدفق. خلية كشف ضوئي متعددة الاستخدامات للانعكاس الداخلي الكلي لتحليل التدفق.إليس، بي إس، جنتل، بي إس، جريس، إم آر، ومكلفي، آي دي خلية انعكاس داخلي كلي ضوئية عالمية لتحليل التدفق. Ellis، PS، Gentle، BS، Grace، MR & McKelvie، ID. إليس، PS، جنتل، BS، جريس، MR وماكيلفي، IDإليس، بي إس، جنتل، بي إس، جريس، إم آر، ومكلفي، آي دي خلية قياس الضوء بالأشعة تحت الحمراء العالمية لتحليل التدفق.تارانتا 79، 830-835 (2009).
إليس، بي إس، وليدي-ميني، إيه جيه، وورسفولد، بي جيه، وماكيلفي، آي دي خلية تدفق ضوئية متعددة الانعكاسات للاستخدام في تحليل حقن التدفق في المياه المصب. إليس، بي إس، وليدي-ميني، إيه جيه، وورسفولد، بي جيه، وماكيلفي، آي دي خلية تدفق ضوئية متعددة الانعكاسات للاستخدام في تحليل حقن التدفق في المياه المصب.إليس، بي إس، وليدي ميني، إيه جيه، وورسفولد، بي جيه، وماكيلفي، آي دي خلية تدفق ضوئية متعددة الانعكاسات لاستخدامها في تحليل تدفق المياه في مصبات الأنهار. إليس، بي إس، ليدي ميني، إيه جيه، وورسفولد، بي جيه وماكلفي، آي دي. إليس، بي إس، وليدي-ميني، أيه جيه، وورسفولد، بي جيه، وماكيلفي، أيداهو.إليس، بي إس، وليدي ميني، إيه جيه، وورسفولد، بي جيه، وماكيلفي، آي دي خلية تدفق ضوئية متعددة الانعكاسات لتحليل حقن التدفق في المياه النهرية.الشرج شيم. قانون 499، 81-89 (2003).
بان، جيه. -زد، ياو، بي، وفانج، كيو. مقياس ضوئي محمول يعتمد على اكتشاف امتصاص الموجات الموجهة للسائل الأساسي للعينات بمقياس النانولتر. بان، جيه-زد، ياو، بي، وفانغ، كيو. مقياس ضوئي محمول يعتمد على اكتشاف امتصاص الموجات الموجهة للسائل الأساسي للعينات بمقياس النانولتر.بان، جيه-زد، ياو، بي وفانغ، كيه. مقياس ضوئي محمول يعتمد على اكتشاف امتصاص الطول الموجي في قلب السائل للعينات بمقياس النانولتر. Pan، J.-Z.، Yao، B. & Fang، Q. Pan، J.-Z.، Yao، B. & Fang، Q. استنادًا إلى 液芯波波水水水油法的纳法手手手持光度计.بان، ج.-ز.، ياو، ب. وفانغ، ك. مقياس ضوئي محمول باليد مع عينة نانوية يعتمد على اكتشاف الامتصاص في موجة قلب السائل.الشرج الكيميائية. 82، 3394-3398 (2010).
Zhang, J.-Z. زيادة حساسية تحليل تدفق الحقن باستخدام خلية تدفق شعرية ذات مسار بصري طويل للكشف الطيفي. anus. the science. 22, 57–60 (2006).
D'Sa, EJ & Steward, RG تطبيق الموجات الشعرية السائلة في مطيافية الامتصاص (ردًا على تعليق بايرن وكالتنباكر). D'Sa, EJ & Steward, RG تطبيق الموجات الشعرية السائلة في مطيافية الامتصاص (ردًا على تعليق بايرن وكالتنباكر).D'Sa, EJ و Steward, RG تطبيقات الموجهات الشعرية السائلة في مطيافية الامتصاص (ردًا على تعليقات بايرن و Kaltenbacher). D'Sa، EJ & Steward، RG يتعاونان مع بيرن وكالتنباخر. D'Sa، EJ & Steward، RG تطبيق طيف الامتصاص السائل (回复Byrne وKaltenbacher的评论).D'Sa, EJ و Steward, RG الموجهات الشعرية السائلة لاستخدامها في مطيافية الامتصاص (ردًا على تعليقات بايرن و Kaltenbacher).ليمونول. عالم المحيطات. 46، 742-745 (2001).
كيجوانيا، إس كيه وجوبتا، بي دي مستشعر امتصاص المجال المتلاشي للألياف البصرية: تأثير معلمات الألياف وهندسة المجس. كيجوانيا، إس كيه وجوبتا، بي دي مستشعر امتصاص المجال المتلاشي للألياف البصرية: تأثير معلمات الألياف وهندسة المجس.هيجفانيا، إس كيه وجوبتا، بي دي مستشعر امتصاص المجال المتلاشي للألياف البصرية: تأثير معلمات الألياف وهندسة المجس. Khijwania، SK & Gupta، BD. خيجوانيا، ساسكاتشوان وجوبتا، بنغلاديشهيجفانيا، إس كيه وجوبتا، بي دي أجهزة استشعار الألياف البصرية ذات الامتصاص الميداني المتلاشي: تأثير معلمات الألياف وهندسة المجس.البصريات والإلكترونيات الكمومية 31، 625-636 (1999).
بيدرزيكي، س.، وبوريك، م. ب.، وفالك، ج.، ووودروف، س. د. الناتج الزاوي لأجهزة استشعار رامان المبطنة بالمعدن والمجوفة. بيدرزيكي، س.، وبوريك، م. ب.، وفالك، ج.، ووودروف، س. د. الناتج الزاوي لأجهزة استشعار رامان المبطنة بالمعدن والمجوفة.بيدجيتسكي، س.، وبوريش، م. ب.، وفالك، ج.، وودروف، س. د. الناتج الزاوي لأجهزة استشعار رامان ذات الموجات المجوفة مع بطانة معدنية. Biedrzycki، S.، Buric، MP، Falk، J. & Woodruff، SD. بيدرزيكي، س.، بوريك، إم بي، فالك، جيه. وودروف، إس دي.بيدجيتسكي، س.، وبوريش، م. ب.، وفالك، ج.، وودروف، س. د. الناتج الزاوي لمستشعر رامان مع موجه معدني مكشوف.طلب اختيار 51، 2023-2025 (2012).
هارينغتون، جا نظرة عامة على الموجهات المجوفة لنقل الأشعة تحت الحمراء. تكامل الألياف. للاختيار. 19، 211-227 (2000).