Благодарим ви, че посетихте Nature.com. Версията на браузъра, която използвате, има ограничена поддръжка на CSS. За най-добро изживяване ви препоръчваме да използвате актуализиран браузър (или да деактивирате режима на съвместимост в Internet Explorer). Междувременно, за да осигурим непрекъсната поддръжка, ще рендираме сайта без стилове и JavaScript.
Анализът на следи от течни проби има широк спектър от приложения в науките за живота и мониторинга на околната среда. В тази работа разработихме компактен и евтин фотометър, базиран на метални вълноводни капиляри (MCC) за ултрачувствително определяне на абсорбцията. Оптичният път може да бъде значително увеличен и много по-дълъг от физическата дължина на MWC, тъй като светлината, разсеяна от гофрираните гладки метални странични стени, може да бъде задържана в капиляра, независимо от ъгъла на падане. Концентрации до 5,12 nM могат да бъдат постигнати с помощта на обичайни хромогенни реагенти, благодарение на ново нелинейно оптично усилване и бързо превключване на пробите и откриване на глюкоза.
Фотометрията се използва широко за анализ на следи от течни проби поради изобилието от налични хромогенни реагенти и полупроводникови оптоелектронни устройства1,2,3,4,5. В сравнение с традиционното определяне на абсорбция на базата на кювети, капилярите с течен вълновод (LWC) отразяват (TIR), като задържат светлината от сондата вътре в капиляра1,2,3,4,5. Въпреки това, без по-нататъшно подобрение, оптичният път е само близо до физическата дължина на LWC3.6, а увеличаването на дължината на LWC над 1.0 m ще страда от силно затихване на светлината и висок риск от мехурчета и др.3,7. По отношение на предложената многоотражателна клетка за подобряване на оптичния път, границата на откриване се подобрява само с коефициент 2.5-8.9.
В момента съществуват два основни вида LWC, а именно тефлонови AF капиляри (с коефициент на пречупване само ~1.3, който е по-нисък от този на водата) и силициеви капиляри, покрити с тефлонови AF или метални филми1,3,4. За да се постигне TIR на границата между диелектричните материали, са необходими материали с нисък коефициент на пречупване и високи ъгли на падане на светлината3,6,10. По отношение на тефлоновите AF капиляри, тефлоновите AF са дишащи поради порестата си структура3,11 и могат да абсорбират малки количества вещества във водни проби. За кварцовите капиляри, покрити отвън с тефлонови AF или метал, коефициентът на пречупване на кварца (1.45) е по-висок от повечето течни проби (напр. 1.33 за вода)3,6,12,13. За капиляри, покрити с метален филм отвътре, са изследвани транспортните свойства14,15,16,17,18, но процесът на нанасяне на покритието е сложен, повърхността на металния филм има грапава и пореста структура4,19.
Освен това, търговските LWC (AF Teflon Coated Capillaries и AF Teflon Coated Silica Capillaries, World Precision Instruments, Inc.) имат и някои други недостатъци, като например: за дефекти. . Големият мъртъв обем на T-образния конектор TIR3,10, (2) (за свързване на капиляри, влакна и входни/изходни тръби) може да улови въздушни мехурчета10.
В същото време, определянето на нивата на глюкоза е от голямо значение за диагностицирането на диабет, цироза на черния дроб и психични заболявания20, както и много методи за откриване, като фотометрия (включително спектрофотометрия21, 22, 23, 24, 25 и колориметрия върху хартия26, 27, 28), галванометрия29, 30, 31, флуорометрия32, 33, 34, 35, оптична поляриметрия36, повърхностен плазмонен резонанс37, кухина на Фабри-Перо38, електрохимия39 и капилярна електрофореза40,41 и т.н. Повечето от тези методи обаче изискват скъпо оборудване, а откриването на глюкоза при няколко наномоларни концентрации остава предизвикателство (например, за фотометрични измервания21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, най-ниската концентрация на глюкоза). Ограничението беше само 30 nM, когато наночастиците от пруско синьо бяха използвани като имитатори на пероксидаза). Наномоларни глюкозни анализи често са необходими за клетъчни изследвания на молекулярно ниво, като например инхибиране на растежа на рак на простатата при хора42 и поведението на Prochlorococcus при фиксация на CO2 в океана.
В тази статия е разработен компактен, евтин фотометър, базиран на метален вълноводен капиляр (MWC), капиляр от неръждаема стомана SUS316L с електрополирана вътрешна повърхност, за ултрачувствително определяне на абсорбцията. Тъй като светлината може да бъде уловена вътре в металните капиляри, независимо от ъгъла на падане, оптичният път може да бъде значително увеличен чрез разсейване на светлината върху гофрирани и гладки метални повърхности и е много по-дълъг от физическата дължина на MWC. Освен това е проектиран прост Т-образен конектор за оптичната връзка и входа/изхода за флуид, за да се сведе до минимум мъртвият обем и да се избегне захващане на мехурчета. За 7 cm MWC фотометъра границата на откриване е подобрена около 3000 пъти в сравнение с търговския спектрофотометър с 1 cm кювета поради новото подобрение на нелинейния оптичен път и бързото превключване на пробите, а концентрацията за откриване на глюкоза също може да бъде постигната само 5,12 nM, използвайки обичайни хромогенни реагенти.
Както е показано на Фигура 1, фотометърът, базиран на MWC, се състои от 7 cm MWC с електрополирана вътрешна повърхност с EP клас, 505 nm светодиод с леща, фотодетектор с регулируемо усилване и два за оптично свързване и вход за течност. Изход. Трипътен клапан, свързан към входната тръба на Pike, се използва за превключване на входящата проба. Тръбата Peek приляга плътно към кварцовата плоча и MWC, така че мъртвият обем в Т-образния конектор е сведен до минимум, като ефективно предотвратява задържането на въздушни мехурчета. Освен това, колимираният лъч може лесно и ефективно да се въведе в MWC през Т-образната кварцова плоча.
Лъчът и течната проба се въвеждат в MCC през Т-образен елемент, а лъчът, преминаващ през MCC, се приема от фотодетектор. Входящите разтвори на оцветени или празни проби се въвеждат последователно в ICC през трипътен клапан. Съгласно закона на Биер, оптичната плътност на оцветената проба може да се изчисли от уравнението. 1.10
където Vcolor и Vblank са изходните сигнали на фотодетектора, когато в MCC се въвеждат съответно цветни и празни проби, а Vdark е фоновият сигнал на фотодетектора, когато светодиодът е изключен. Промяната в изходния сигнал ΔV = Vcolor–Vblank може да се измери чрез превключване на пробите. Съгласно уравнението. Както е показано на Фигура 1, ако ΔV е много по-малко от Vblank–Vdark, когато се използва схема за превключване на семплирането, малки промени във Vblank (напр. дрейф) могат да имат малък ефект върху стойността на AMWC.
За да се сравни производителността на фотометъра, базиран на MWC, със спектрофотометъра, базиран на кювета, като цветна проба е използван разтвор на червено мастило, поради отличната му цветова стабилност и добрата линейност на концентрация-абсорбция, а DI H2O е използвана като празна проба. Както е показано в Таблица 1, серия от разтвори на червено мастило е приготвена чрез метода на серийно разреждане, използвайки DI H2O като разтворител. Относителната концентрация на проба 1 (S1), неразредена оригинална червена боя, е определена като 1.0. На Фиг. Фигура 2 показва оптични снимки на 11 проби от червено мастило (S4 до S14) с относителни концентрации (изброени в Таблица 1), вариращи от 8.0 × 10–3 (вляво) до 8.2 × 10–10 (вдясно).
Резултатите от измерванията за проба 6 са показани на Фиг. 3(а). Точките на превключване между оцветени и празни проби са маркирани на фигурата с двойни стрелки „↔“. Вижда се, че изходното напрежение се увеличава бързо при превключване от цветни към празни проби и обратно. Vcolor, Vblank и съответното ΔV могат да бъдат получени, както е показано на фигурата.
(а) Резултати от измерванията за проба 6, (б) проба 9, (в) проба 13 и (г) проба 14, получени с помощта на фотометър, базиран на MWC.
Резултатите от измерванията за проби 9, 13 и 14 са показани съответно на Фиг. 3(b)-(d). Както е показано на Фигура 3(d), измереното ΔV е само 5 nV, което е почти 3 пъти по-голямо от стойността на шума (2 nV). Малко ΔV е трудно да се различи от шума. По този начин границата на откриване достигна относителна концентрация от 8,2×10⁻¹⁰ (проба 14). С помощта на уравнения. 1. Абсорбцията на AMWC може да се изчисли от измерените стойности на Vcolor, Vblank и Vdark. За фотодетектор с усилване от 10⁴, Vdark е -0,68 μV. Резултатите от измерванията за всички проби са обобщени в Таблица 1 и могат да бъдат намерени в допълнителните материали. Както е показано в Таблица 1, абсорбцията, установена при високи концентрации, е наситена, така че абсорбцията над 3,7 не може да бъде измерена със спектрометри, базирани на MWC.
За сравнение, проба от червено мастило също беше измерена със спектрофотометър и измерената абсорбция на Acuvette е показана на Фигура 4. Стойностите на Acuvette при 505 nm (както е показано в Таблица 1) бяха получени чрез позоваване на кривите на проби 10, 11 или 12 (както е показано на вложката). (Фиг. 4) като базова линия. Както е показано, границата на откриване достигна относителна концентрация от 2,56 x 10-6 (проба 9), тъй като кривите на абсорбция на проби 10, 11 и 12 бяха неразличими една от друга. По този начин, при използване на фотометър, базиран на MWC, границата на откриване беше подобрена с коефициент 3125 в сравнение със спектрофотометъра, базиран на кювета.
Зависимостта абсорбция-концентрация е представена на Фиг. 5. При измервания с кювети, абсорбцията е пропорционална на концентрацията на мастилото при дължина на пътя от 1 cm. Докато при измервания, базирани на MWC, се наблюдава нелинейно увеличение на абсорбцията при ниски концентрации. Съгласно закона на Беер, абсорбцията е пропорционална на дължината на оптичния път, така че коефициентът на усилване на абсорбцията AEF (дефиниран като AEF = AMWC/Acuvette при същата концентрация на мастило) е съотношението на MWC към дължината на оптичния път на кюветата. Както е показано на Фигура 5, при високи концентрации, константата AEF е около 7.0, което е разумно, тъй като дължината на MWC е точно 7 пъти по-голяма от дължината на кювета от 1 cm. Въпреки това, при ниски концентрации (свързана концентрация <1,28 × 10⁻⁶), AEF се увеличава с намаляване на концентрацията и би достигнал стойност от 803 при свързана концентрация от 8,2 × 10⁻⁶ чрез екстраполиране на кривата на измерване с кюветна основа. Въпреки това, при ниски концентрации (свързана концентрация <1,28 × 10⁻⁶), AEF се увеличава с намаляване на концентрацията и би достигнал стойност от 803 при свързана концентрация от 8,2 × 10⁻⁶ чрез екстраполиране на кривата на измерване с кюветна основа. Въпреки това при ниски концентрации (относителна концентрация <1,28 × 10–5) AEF се увеличава с намалена концентрация и може да постигне стойности 803 при относителна концентрация 8,2 × 10–10 екстраполирани криви измервания на базата на кювети. Въпреки това, при ниски концентрации (относителна концентрация <1,28 × 10–5), AEF се увеличава с намаляване на концентрацията и може да достигне стойност от 803 при относителна концентрация от 8,2 × 10–10, когато се екстраполира от крива на измерване, базирана на кювета.然而，在低浓度（相关浓度<1,28 × 10-5）下，AEF随着浓度的降低而增加，并且通过外推基于比色皿的测量曲线，在相关浓度为8,2 × 10-10时将达到803 的值。然而 ， 在 低 浓度 （相关 浓度 <1,28 × 10-5） ， ， AEF 随着 的 降低 而 ， 并且 通过 外推基于 比色皿 测量 曲线 ， 在 浓度 为 8,2 × 10-10 时 达到 达到 达到 达到 达到803 值。 Въпреки това при ниски концентрации (релевантни концентрации < 1,28 × 10-5) АЕП се увеличава с намалена концентрация, и при екстраполиране на криво измерение на основата на кюветите тя достига стойности на относителна концентрация 8,2 × 10–10 803 . Въпреки това, при ниски концентрации (съответни концентрации < 1,28 × 10-5) AED се увеличава с намаляване на концентрацията и когато се екстраполира от крива на измерване, базирана на кювети, достига относителна стойност на концентрацията от 8,2 × 10–10 803.Това води до съответен оптичен път от 803 cm (AEF × 1 cm), който е много по-дълъг от физическата дължина на MWC и дори по-дълъг от най-дългия наличен в търговската мрежа LWC (500 cm от World Precision Instruments, Inc.). Doko Engineering LLC има дължина от 200 cm. Това нелинейно увеличение на абсорбцията в LWC не е било докладвано преди това.
На фиг. 6(a)-(c) са показани съответно оптично изображение, микроскопско изображение и изображение, получено от оптичен профилометър, на вътрешната повърхност на MWC секцията. Както е показано на фиг. 6(a), вътрешната повърхност е гладка и лъскава, може да отразява видимата светлина и е силно отразяваща. Както е показано на фиг. 6(b), поради деформируемостта и кристалната природа на метала, върху гладката повърхност се появяват малки мези и неравности. Поради малката площ (<5 μm × 5 μm), грапавостта на по-голямата част от повърхността е по-малка от 1,2 nm (фиг. 6(c)). С оглед на малка площ (<5 μm × 5 μm), грапавостта на по-голямата част от повърхността е по-малка от 1,2 nm (фиг. 6(c)). Във вид на малка площ (<5 мкм × 5 мкм) шероховатостта на по-голямата част от повърхността е по-малко от 1,2 nm (рис. 6(в)). Поради малката площ (<5 µm × 5 µm), грапавостта на по-голямата част от повърхността е по-малка от 1,2 nm (фиг. 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））。 Учитываемата неголяма площ (<5 mkm × 5 mkm), шероховатостта на повечето повърхности е по-малко от 1,2 nm (рис. 6(в)). Като се има предвид малката площ (<5 µm × 5 µm), грапавостта на повечето повърхности е по-малка от 1,2 nm (фиг. 6(c)).
(а) Оптично изображение, (б) микроскопско изображение и (в) оптично изображение на вътрешната повърхност на MWC разреза.
Както е показано на фиг. 7(a), оптичният път LOP в капиляра се определя от ъгъла на падане θ (LOP = LC/sinθ, където LC е физическата дължина на капиляра). За тефлонови AF капиляри, пълни с DI H2O, ъгълът на падане трябва да бъде по-голям от критичния ъгъл от 77,8°, така че LOP е по-малък от 1,02 × LC без допълнително подобрение3,6. Докато при MWC ограничаването на светлината вътре в капиляра е независимо от коефициента на пречупване или ъгъла на падане, така че с намаляването на ъгъла на падане, светлинният път може да бъде много по-дълъг от дължината на капиляра (LOP » LC). Както е показано на фиг. 7(b), гофрираната метална повърхност може да индуцира разсейване на светлината, което може значително да увеличи оптичния път.
Следователно, има два пътя на светлината за MWC: директна светлина без отражение (LOP = LC) и трионна светлина с множество отражения между страничните стени (LOP » LC). Съгласно закона на Беер, интензитетът на пропуснатата директна и зигзагообразна светлина може да се изрази съответно като PS×exp(-α×LC) и PZ×exp(-α×LOP), където константата α е коефициентът на поглъщане, който зависи изцяло от концентрацията на мастилото.
За мастило с висока концентрация (напр. свързана концентрация >1,28 × 10-5), зигзагообразната светлина е силно отслабена и интензитетът ѝ е много по-нисък от този на правата светлина, поради големия коефициент на поглъщане и много по-дългия ѝ оптичен път. За мастило с висока концентрация (напр. свързана концентрация >1,28 × 10-5), зигзагообразната светлина е силно отслабена и интензитетът ѝ е много по-нисък от този на правата светлина, поради големия коефициент на поглъщане и много по-дългия ѝ оптичен път. За чернил с висока концентрация (например, относителна концентрация >1,28 × 10-5) зигзагообразният свет е силно затухнал, а неговата интензивност е много по-ниска, отколкото в правия свят, поради големия коефициент на поглъщане и много по-дългата оптична илюстрация. За мастило с висока концентрация (напр. относителна концентрация >1,28×10-5), зигзагообразната светлина е силно отслабена и интензитетът ѝ е много по-нисък от този на директната светлина поради големия коефициент на поглъщане и много по-дългото оптично излъчване.песен.对于高浓度墨水（例如，相关浓度>1,28×10-5，Z字形光衰减很大，其强度远低于直光，这是由于吸收系数大，光学时间更长。对于 高浓度 墨水 （例如 ， 浓度 浓度> 1,28 × 10-5） ， z 字形 衰减 很 大 ， 强度 远 低于直光 ， 这 是 吸收 系数 大 光学 时间 更。。。 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长За чернил с висока концентрация (например релевантна концентрация >1,28×10-5) зигзагообразният свет значително отслабва и неговата интензивност е много по-ниска, отколкото в правия свят поради големия коефициент на поглъщане и по-дългото оптично време. За мастила с висока концентрация (напр. съответни концентрации >1,28×10-5), зигзагообразната светлина е значително отслабена и нейният интензитет е много по-нисък от този на директната светлина поради големия коефициент на поглъщане и по-дългото оптично време.малък път.По този начин, директната светлина доминираше при определянето на абсорбцията (LOP=LC) и AEF се поддържаше постоянен на ~7.0. За разлика от това, когато коефициентът на поглъщане намалява с намаляване на концентрацията на мастилото (напр. свързана концентрация <1,28 × 10-5), интензитетът на зигзагообразната светлина се увеличава по-бързо от този на правата светлина и тогава зигзагообразната светлина започва да играе по-важна роля. За разлика от това, когато коефициентът на поглъщане намалява с намаляване на концентрацията на мастилото (напр. свързана концентрация <1,28 × 10-5), интензитетът на зигзагообразната светлина се увеличава по-бързо от този на правата светлина и тогава зигзагообразната светлина започва да играе по-важна роля. Напротив, когато коефициентът на поглъщане се намалява с намаляване на концентрацията на чернил (например, относителна концентрация <1,28 × 10-5), интензивността на зигзагообразния свят се увеличава по-бързо, отколкото в правия свят, и започва да играе зигзагообразен свет. Напротив, когато коефициентът на поглъщане намалява с намаляване на концентрацията на мастилото (например относителната концентрация <1,28 × 10-5), интензитетът на зигзагообразната светлина се увеличава по-бързо от този на директната светлина и тогава започва да се появява зигзагообразна светлина.по-важна роля.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 обратно, когато коефициентът на поглъщане се намалява с намаляване на концентрацията на чернил (например, съответстваща концентрация < 1,28×10-5), интензивността на зигзагообразния свят се увеличава по-бързо, отколкото непосредствено, и тогава ролята на зигзагообразния свят започва да играе по-важна роля. Обратно, когато коефициентът на поглъщане намалява с намаляване на концентрацията на мастилото (например, съответната концентрация < 1,28×10-5), интензитетът на зигзагообразната светлина се увеличава по-бързо от директната светлина и тогава зигзагообразната светлина започва да играе по-важна роля.ролеви персонаж.Следователно, благодарение на оптичния път с трионна форма (LOP » LC), AEF може да се увеличи много повече от 7.0. Прецизни характеристики на светлопропускливост на MWC могат да бъдат получени с помощта на теорията на вълноводния режим.
В допълнение към подобряването на оптичния път, бързото превключване на пробите допринася и за ултраниски граници на откриване. Поради малкия обем на MCC (0,16 ml), времето, необходимо за превключване и смяна на разтворите в MCC, може да бъде по-малко от 20 секунди. Както е показано на Фигура 5, минималната откриваема стойност на AMWC (2,5 × 10–4) е 4 пъти по-ниска от тази на Acuvette (1,0 × 10–3). Бързото превключване на течащия разтвор в капиляра намалява ефекта на системния шум (напр. дрейф) върху точността на разликата в абсорбцията в сравнение с разтвора за задържане в кюветата. Например, както е показано на Фиг. 3(b)-(d), ΔV може лесно да се различи от сигнал за дрейф, дължащ се на бързо превключване на пробите в капиляра с малък обем.
Както е показано в Таблица 2, редица глюкозни разтвори с различни концентрации са приготвени с използване на DI H2O като разтворител. Оцветени или празни проби са приготвени чрез смесване на глюкозен разтвор или дейонизирана вода с хромогенни разтвори на глюкозооксидаза (GOD) и пероксидаза (POD) 37 във фиксирано обемно съотношение съответно 3:1. На Фиг. 8 са показани оптични снимки на девет оцветени проби (S2-S10) с концентрации на глюкоза в диапазона от 2,0 mM (вляво) до 5,12 nM (вдясно). Зачервяването намалява с намаляване на концентрацията на глюкоза.
Резултатите от измерванията на проби 4, 9 и 10 с фотометър, базиран на MWC, са показани съответно на Фиг. 9(a)-(c). Както е показано на Фиг. 9(c), измереното ΔV става по-малко стабилно и бавно се увеличава по време на измерването, тъй като цветът на самия GOD-POD реагент (дори без добавяне на глюкоза) бавно се променя на светлината. По този начин, последователни измервания на ΔV не могат да бъдат повторени за проби с концентрация на глюкоза по-малка от 5,12 nM (проба 10), защото когато ΔV е достатъчно малко, нестабилността на GOD-POD реагента вече не може да бъде пренебрегната. Следователно, границата на откриване за глюкозен разтвор е 5,12 nM, въпреки че съответната стойност на ΔV (0,52 µV) е много по-голяма от стойността на шума (0,03 µV), което показва, че все още може да бъде открита малка ΔV. Тази граница на откриване може да бъде допълнително подобрена чрез използване на по-стабилни хромогенни реагенти.
(а) Резултати от измерванията за проба 4, (б) проба 9 и (в) проба 10 с помощта на фотометър, базиран на MWC.
Абсорбцията на AMWC може да се изчисли, като се използват измерените стойности на Vcolor, Vblank и Vdark. За фотодетектор с усилване от 105 Vdark е -0,068 μV. Измерванията за всички проби могат да бъдат зададени в допълнителния материал. За сравнение, глюкозни проби също бяха измерени със спектрофотометър и измерената абсорбция на Acuvette достигна граница на откриване от 0,64 µM (проба 7), както е показано на Фигура 10.
Връзката между абсорбцията и концентрацията е представена на Фигура 11. С фотометъра, базиран на MWC, е постигнато 125-кратно подобрение на границата на откриване в сравнение със спектрофотометъра, базиран на кювета. Това подобрение е по-ниско от анализа с червено мастило поради лошата стабилност на реагента GOD-POD. Наблюдавано е и нелинейно увеличение на абсорбцията при ниски концентрации.
Фотометърът, базиран на MWC, е разработен за ултрачувствително откриване на течни проби. Оптичният път може да бъде значително увеличен и много по-дълъг от физическата дължина на MWC, тъй като светлината, разсеяна от гофрираните гладки метални странични стени, може да бъде задържана в капиляра, независимо от ъгъла на падане. Концентрации до 5,12 nM могат да бъдат постигнати с помощта на конвенционални GOD-POD реагенти благодарение на ново нелинейно оптично усилване и бързо превключване на пробите и откриване на глюкоза. Този компактен и евтин фотометър ще бъде широко използван в науките за живота и мониторинга на околната среда за анализ на следи.
Както е показано на Фигура 1, фотометърът, базиран на MWC, се състои от 7 cm дълъг MWC (вътрешен диаметър 1,7 mm, външен диаметър 3,18 mm, електрополирана вътрешна повърхност клас EP, капилярна тръба от неръждаема стомана SUS316L), светодиод с дължина на вълната 505 nm (Thorlabs M505F1) и лещи (разпространение на лъча около 6,6 градуса), фотодетектор с променливо усилване (Thorlabs PDB450C) и два T-образни конектора за оптична комуникация и вход/изход за течност. T-образният конектор е направен чрез залепване на прозрачна кварцова пластина към PMMA тръба, в която MWC и Peek тръби (0,72 mm вътрешен диаметър, 1,6 mm външен диаметър, Vici Valco Corp.) са плътно поставени и залепени. Трипътен клапан, свързан към входната тръба на Pike, се използва за превключване на входящата проба. Фотодетекторът може да преобразува получената оптична мощност P в усилен сигнал на напрежение N×V (където V/P = 1.0 V/W при 1550 nm, коефициентът на усилване N може да се регулира ръчно в диапазона 103-107). За краткост, V се използва вместо N×V като изходен сигнал.
За сравнение, за измерване на абсорбцията на течни проби е използван и търговски спектрофотометър (Agilent Technologies Cary 300 series с R928 High Efficiency Photomultiplier) с кюветна клетка 1,0 cm.
Вътрешната повърхност на MWC разреза беше изследвана с помощта на оптичен повърхностен профиломер (ZYGO New View 5022) с вертикална и странична резолюция съответно 0,1 nm и 0,11 µm.
Всички химикали (аналитична чистота, без допълнително пречистване) са закупени от Sichuan Chuangke Biotechnology Co., Ltd. Комплектите за тестване на глюкоза включват глюкозооксидаза (GOD), пероксидаза (POD), 4-аминоантипирин и фенол и др. Хромогенният разтвор е приготвен по обичайния GOD-POD 37 метод.
Както е показано в Таблица 2, набор от глюкозни разтвори с различни концентрации са приготвени с използване на DI H2O като разредител, използвайки метод на серийно разреждане (вижте Допълнителните материали за подробности). Пригответе оцветени или празни проби чрез смесване на глюкозен разтвор или дейонизирана вода с хромогенен разтвор във фиксирано обемно съотношение съответно 3:1. Всички проби са съхранявани при 37°C, защитени от светлина, в продължение на 10 минути преди измерването. При метода GOD-POD оцветените проби стават червени с абсорбционен максимум при 505 nm, а абсорбцията е почти пропорционална на концентрацията на глюкоза.
Както е показано в Таблица 1, серия от разтвори с червено мастило (Ostrich Ink Co., Ltd., Тиендзин, Китай) са приготвени чрез метода на серийно разреждане, използвайки деионизирана вода (DE H2O) като разтворител.
Как да цитирате тази статия: Bai, M. et al. Компактен фотометър, базиран на метални вълноводни капиляри: за определяне на наномоларни концентрации на глюкоза. the science. 5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
Дрес, П. и Франке, Х. Повишаване на точността на анализа на течности и контрола на pH-стойността с помощта на вълновод с течно ядро. Дрес, П. и Франке, Х. Повишаване на точността на анализа на течности и контрола на pH-стойността с помощта на вълновод с течно ядро.Дрес, П. и Франке, Х. Подобряване на точността на анализа на течности и контрола на pH с вълновод с течно ядро. 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pHДрес, П. и Франке, Х. Подобряване на точността на анализа на течности и контрола на pH с помощта на вълноводи с течно ядро.Преминете към науката. meter. 68, 2167–2171 (1997).
Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ & Hansell, DA Непрекъснато колориметрично определяне на следи от амоний в морска вода с капилярна клетка с течен вълновод с дълъг път. Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ & Hansell, DA Непрекъснато колориметрично определяне на следи от амоний в морска вода с капилярна клетка с течен вълновод с дълъг път.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ и Hansel, DA Непрекъснато колориметрично определяне на следи от амоний в морска вода с помощта на капилярна клетка с течен вълновод. 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 и Hansel, DA Непрекъснато колориметрично определяне на следи от амоний в морска вода с помощта на капиляри с течни вълноводи с голям обхват.Химия през март. 96, 73–85 (2005).
Паскоа, РНМЙ, Тот, И.В. и Рангел, АОСС. Преглед на последните приложения на капилярната клетка с течен вълновод в техники за анализ, базирани на потока, за повишаване на чувствителността на спектроскопските методи за откриване. Паскоа, РНМЙ, Тот, И.В. и Рангел, АОСС. Преглед на последните приложения на капилярната клетка с течен вълновод в техники за анализ, базирани на потока, за повишаване на чувствителността на спектроскопските методи за откриване.Паскоа, РНМЙ, Тот, И.В. и Рангел, АОСС. Преглед на последните приложения на капилярната клетка с течен вълновод в техниките за анализ на потока за подобряване на чувствителността на спектроскопските методи за откриване. 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 и Rangel, AOSS. Преглед на последните приложения на капилярни клетки с течни вълноводи в аналитични методи, базирани на потока, за повишаване на чувствителността на спектроскопските методи за откриване.анус. Хим. Закон 739, 1-13 (2012).
Уен, Т., Гао, Дж., Джан, Дж., Биан, Б. и Шен, Дж. Изследване на дебелината на Ag, AgI филми в капиляра за кухи вълноводи. Уен, Т., Гао, Дж., Джан, Дж., Биан, Б. и Шен, Дж. Изследване на дебелината на Ag, AgI филми в капиляра за кухи вълноводи.Уен Т., Гао Дж., Джан Дж., Биан Б. и Шен Дж. Изследване на дебелината на филми от Ag, AgI в капиляр за кухи вълноводи. 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。 Уен, Т., Гао, Дж., Джан, Дж., Биан, Б. и Шен, Дж. Изследване на дебелината на тънък филм от сребро (Ag) и сребърен иглицинат (AgI) във въздуховода.Уен Т., Гао Дж., Джан Дж., Биан Б. и Шен Дж. Изследване на дебелината на тънки филми Ag, AgI в кухи вълноводни капиляри.Инфрачервена физика. технология 42, 501–508 (2001).
Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Определяне на наномоларни концентрации на фосфат в естествени води чрез инжектиране на поток с капилярна клетка с течен вълновод с дълга дължина на пътя и спектрофотометрично детектиране в твърдо състояние. Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Определяне на наномоларни концентрации на фосфат в естествени води чрез инжектиране на поток с капилярна клетка с течен вълновод с дълга дължина на пътя и спектрофотометрично детектиране в твърдо състояние.Gimbert, LJ, Haygarth, PM и Worsfold, PJ Определяне на наномоларни концентрации на фосфати в естествени води чрез инжектиране на поток с капилярна клетка с течен вълновод и спектрофотометрично детектиране в твърдо състояние. 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 Определяне на концентрацията на фосфати в естествена вода с помощта на спринцовка за течности и капилярна тръба за течни вълноводи с голям обхват.Gimbert, LJ, Haygarth, PM и Worsfold, PJ Определяне на наномоларен фосфат в естествена вода с помощта на инжекционен поток и капилярен вълновод с дълъг оптичен път и спектрофотометрично детектиране в твърдо състояние.Таранта 71, 1624–1628 (2007).
Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Линейност и ефективна оптична дължина на пътя на капилярни клетки с течен вълновод. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Линейност и ефективна оптична дължина на пътя на капилярни клетки с течен вълновод.Belz M., Dress P., Suhitsky A. и Liu S. Линейност и ефективна дължина на оптичния път в течни вълноводи в капилярни клетки. 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。 Белц, М., Дрес, П., Сухицки, А. и Лиу, С. Линейност и ефективна дължина на течната вода.Belz M., Dress P., Suhitsky A. и Liu S. Линейна и ефективна оптична дължина на пътя в капилярно-клетъчна течна вълна.СПИЕ 3856, 271–281 (1999).
Далас, Т. и Дасгупта, П.К. Светлина в края на тунела: скорошни аналитични приложения на вълноводи с течна сърцевина. Далас, Т. и Дасгупта, П.К. Светлина в края на тунела: скорошни аналитични приложения на вълноводи с течна сърцевина.Далас, Т. и Дасгупта, П.К. Светлина в края на тунела: скорошни аналитични приложения на вълноводи с течна сърцевина. Dallas, T. & Dasgupta, PK Светлина в края на тунела：液芯波导的最新分析应用。 Dallas, T. & Dasgupta, PK Светлина в края на тунела：液芯波导的最新分析应用。Далас, Т. и Дасгупта, П.К. Светлина в края на тунела: най-новото аналитично приложение на вълноводи с течна сърцевина.TrAC, анализ на тенденциите. Chemical. 23, 385–392 (2004).
Елис, П.С., Джентъл, Б.С., Грейс, М.Р. и Маккелви, Айдахо. Универсална фотометрична детекторна клетка с пълно вътрешно отражение за анализ на потока. Елис, П.С., Джентъл, Б.С., Грейс, М.Р. и Маккелви, Айдахо. Универсална фотометрична детекторна клетка с пълно вътрешно отражение за анализ на потока.Елис, П.С., Джентъл, Б.С., Грейс, М.Р. и Маккелви, И.Д. Универсална фотометрична клетка за пълно вътрешно отражение за анализ на потока. 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。 Елис, П.С., Джентъл, Б.С., Грейс, М.Р. и Маккелви, АйдахоЕлис, П.С., Джентъл, Б.С., Грейс, М.Р. и Маккелви, И.Д. Универсална TIR фотометрична клетка за анализ на потока.Таранта 79, 830–835 (2009).
Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID. Многоотражателна фотометрична проточна клетка за използване при анализ на инжектиране на потока в естуарни води. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID. Многоотражателна фотометрична проточна клетка за използване при анализ на инжектиране на потока в естуарни води.Елис, П.С., Лиди-Мини, А.Дж., Уорсфолд, П.Дж. и Маккелви, Айдахо. Многоотражателна фотометрична проточна клетка за използване при анализ на потока в естуарни води. 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。 Елис, П.С., Лиди-Мийни, А.Дж., Уорсфолд, П.Дж. и Маккелви, Айдахо.Елис, П.С., Лиди-Мини, А.Дж., Уорсфолд, П.Дж. и Маккелви, Айдахо. Многоотражателна фотометрична проточна клетка за анализ на инжектиране на потока в естуарни води.анус Чим. Acta 499, 81-89 (2003).
Pan, J. -Z., Yao, B. & Fang, Q. Ръчен фотометър, базиран на детекция на абсорбция с течно-ядро от вълновод за проби с нанолитърен мащаб. Pan, J.-Z., Yao, B. & Fang, Q. Ръчен фотометър, базиран на детекция на абсорбция с течно-ядро от вълновод за проби с нанолитрово мащаб.Пан, Дж.-З., Яо, Б. и Фанг, К. Ръчен фотометър, базиран на детекция на абсорбция на дължина на вълната с течно ядро ​​за проби с нанолитърен мащаб. 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. Въз основа на 液芯波波水水水油法的纳法手手手持光度计。Пан, Дж.-З., Яо, Б. и Фанг, К. Ръчен фотометър с наноразмерна проба, базиран на откриване на абсорбция в течна основна вълна.Анус Химикал. 82, 3394–3398 (2010).
Zhang, J.-Z. Увеличаване на чувствителността на анализа на инжекционния поток чрез използване на капилярна клетка с дълъг оптичен път за спектрофотометрично откриване. anus. the science. 22, 57–60 (2006).
D'Sa, EJ & Steward, RG Приложение на течнокапилярен вълновод в абсорбционната спектроскопия (Отговор на коментара от Byrne и Kaltenbacher). D'Sa, EJ & Steward, RG Приложение на течнокапилярен вълновод в абсорбционната спектроскопия (Отговор на коментара от Byrne и Kaltenbacher).D'Sa, EJ и Steward, RG Приложения на течнокапилярни вълноводи в абсорбционната спектроскопия (Отговор на коментарите на Byrne и 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 Приложение на течен 毛绿波波对在спектър на абсорбция（回复Byrne和Kaltenbacher的评论）.D'Sa, EJ и Steward, RG Течни капилярни вълноводи за абсорбционна спектроскопия (в отговор на коментари от Byrne и Kaltenbacher).лимонол. Океанограф. 46, 742–745 (2001).
Khijwania, SK & Gupta, BD Сензор за абсорбция на оптично влакно с еванесцентно поле: Влияние на параметрите на влакното и геометрията на сондата. Khijwania, SK & Gupta, BD Сензор за абсорбция на оптично влакно с еванесцентно поле: Влияние на параметрите на влакното и геометрията на сондата.Хиджвания, С.К. и Гупта, Б.Д. Сензор за абсорбция на полето с оптични влакна: Влияние на параметрите на влакното и геометрията на сондата. 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。 Хиджвания, Саскачеван и Гупта, ДинастияХиджвания, С.К. и Гупта, Б.Д. Оптични сензори с абсорбция на еванесцентно поле: влияние на параметрите на влакното и геометрията на сондата.Оптика и квантова електроника 31, 625–636 (1999).
Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Ъглов изход на кухи, метално облицовани, вълноводни раманови сензори. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Ъглов изход на кухи, метално облицовани, вълноводни раманови сензори.Беджицки, С., Бурич, М.П., ​​Фалк, Дж. и Уудръф, С.Д. Ъглов изход на кухи вълноводни раманови сензори с метална облицовка. 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.Беджицки, С., Бурич, М.П., ​​Фалк, Дж. и Уудръф, С.Д. Ъглов изход на Раманов сензор с вълновод от гол метал.заявление за избор 51, 2023-2025 (2012).
Харингтън, Дж. А. Общ преглед на кухи вълноводи за инфрачервено предаване. Интеграция на влакна. Да се ​​избере. 19, 211–227 (2000).