Hvala vam što ste posjetili Nature.com. Verzija preglednika koju koristite ima ograničenu podršku za CSS. Za najbolje iskustvo, preporučujemo da koristite ažurirani preglednik (ili da onemogućite način kompatibilnosti u Internet Exploreru). U međuvremenu, kako bismo osigurali kontinuiranu podršku, prikazat ćemo stranicu bez stilova i JavaScripta.
Analiza tragova tečnih uzoraka ima širok spektar primjena u naukama o životu i praćenju okoliša. U ovom radu razvili smo kompaktan i jeftin fotometar zasnovan na metalnim kapilarama talasovoda (MCC) za ultrasenzitivno određivanje apsorpcije. Optički put se može znatno povećati i biti mnogo duži od fizičke dužine MWC-a, jer svjetlost raspršena valovitim glatkim metalnim bočnim stijenkama može biti sadržana unutar kapilare bez obzira na ugao upada. Koncentracije niske i do 5,12 nM mogu se postići korištenjem uobičajenih hromogenih reagensa zahvaljujući novom nelinearnom optičkom pojačanju i brzom prebacivanju uzoraka i detekciji glukoze.
Fotometrija se široko koristi za analizu tragova tečnih uzoraka zbog obilja dostupnih hromogenih reagensa i poluprovodničkih optoelektronskih uređaja1,2,3,4,5. U poređenju sa tradicionalnim određivanjem apsorbancije na bazi kivete, kapilare tečnog talasovoda (LWC) reflektuju (TIR) ​​zadržavajući svjetlost sonde unutar kapilare1,2,3,4,5. Međutim, bez daljeg poboljšanja, optički put je samo blizu fizičke dužine LWC3,6, a povećanje dužine LWC preko 1,0 m će patiti od jakog slabljenja svjetlosti i visokog rizika od mjehurića itd.3,7. Što se tiče predložene višestruke refleksijske ćelije za poboljšanje optičkog puta, granica detekcije je poboljšana samo za faktor 2,5-8,9.
Trenutno postoje dvije glavne vrste LWC-a, i to teflonske AF kapilare (s indeksom prelamanja od samo ~1,3, što je niže od onog kod vode) i silicijumske kapilare obložene teflonskim AF ili metalnim filmovima1,3,4. Da bi se postigla TIR na granici između dielektričnih materijala, potrebni su materijali s niskim indeksom prelamanja i visokim uglovima upada svjetlosti3,6,10. Što se tiče teflonskih AF kapilara, teflonski AF je prozračan zbog svoje porozne strukture3,11 i može apsorbirati male količine tvari u uzorcima vode. Za kvarcne kapilare obložene izvana teflonskim AF ili metalom, indeks prelamanja kvarca (1,45) je veći od većine tekućih uzoraka (npr. 1,33 za vodu)3,6,12,13. Za kapilare obložene metalnim filmom iznutra, proučavana su transportna svojstva14,15,16,17,18, ali je proces oblaganja kompliciran, površina metalnog filma ima hrapavu i poroznu strukturu4,19.
Osim toga, komercijalne LWC (AF Teflon Coated Capillaries i AF Teflon Coated Silica Capillaries, World Precision Instruments, Inc.) imaju i neke druge nedostatke, kao što su: za kvarove. . Veliki mrtvi volumen T-konektora TIR3,10, (2) (za spajanje kapilara, vlakana i ulaznih/izlaznih cijevi) može zarobiti mjehuriće zraka10.
Istovremeno, određivanje nivoa glukoze je od velikog značaja za dijagnozu dijabetesa, ciroze jetre i mentalnih bolesti20, i mnoge metode detekcije kao što su fotometrija (uključujući spektrofotometriju21, 22, 23, 24, 25 i kolorimetriju na papiru26, 27, 28), galvanometrija29, 30, 31, fluorometrija32, 33, 34, 35, optička polarimetrija36, površinska plazmonska rezonanca37, Fabry-Perotova šupljina38, elektrohemija39 i kapilarna elektroforeza40,41 i tako dalje. Međutim, većina ovih metoda zahtijeva skupu opremu, a detekcija glukoze pri nekoliko nanomolarnih koncentracija ostaje izazov (na primjer, za fotometrijska mjerenja21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, najniža koncentracija glukoze). Ograničenje je bilo samo 30 nM kada su nanočestice pruskog plavog korištene kao imitatori peroksidaze). Nanomolarne analize glukoze često su potrebne za ćelijske studije na molekularnom nivou, kao što su inhibicija rasta raka prostate kod ljudi42 i ponašanje fiksacije CO2 kod Prochlorococcusa u okeanu.
U ovom članku razvijen je kompaktni, jeftin fotometar zasnovan na metalnoj kapilari s valovodom (MWC), kapilari od nehrđajućeg čelika SUS316L s elektropoliranom unutrašnjom površinom, za ultraosjetljivo određivanje apsorpcije. Budući da svjetlost može biti zarobljena unutar metalnih kapilara bez obzira na ugao upada, optički put se može znatno povećati raspršivanjem svjetlosti na valovitim i glatkim metalnim površinama, te je mnogo duži od fizičke dužine MWC-a. Osim toga, dizajniran je jednostavan T-konektor za optički priključak i ulaz/izlaz tekućine kako bi se minimizirao mrtvi volumen i izbjeglo zarobljavanje mjehurića. Za MWC fotometar od 7 cm, granica detekcije je poboljšana za oko 3000 puta u usporedbi s komercijalnim spektrofotometrom s kivetom od 1 cm zbog novog poboljšanja nelinearnog optičkog puta i brzog prebacivanja uzoraka, a može se postići i koncentracija za detekciju glukoze od samo 5,12 nM korištenjem uobičajenih kromogenih reagensa.
Kao što je prikazano na Slici 1, fotometar baziran na MWC-u sastoji se od MWC-a dužine 7 cm sa elektropoliranom unutrašnjom površinom EP klase, LED diode od 505 nm sa sočivom, fotodetektora sa podesivim pojačanjem i dva za optičko spajanje i ulaz tečnosti. Izlaz. Trosmjerni ventil povezan sa Pike ulaznom cijevi koristi se za prebacivanje dolaznog uzorka. Peek cijev čvrsto prianja uz kvarcnu ploču i MWC, tako da se mrtvi volumen u T-konektoru svodi na minimum, što efikasno sprječava zarobljavanje mjehurića zraka. Osim toga, kolimirani snop se može lako i efikasno uvesti u MWC kroz kvarcnu ploču T-komada.
Snop i tečni uzorak se uvode u MCC kroz T-komad, a snop koji prolazi kroz MCC prima fotodetektor. Dolazni rastvori obojenih ili slijepih uzoraka naizmjenično su uvođeni u ICC kroz trosmjerni ventil. Prema Beerovom zakonu, optička gustoća obojenog uzorka može se izračunati iz jednačine. 1.10
gdje su Vcolor i Vblank izlazni signali fotodetektora kada se u MCC uvedu uzorci u boji i prazni uzorci, respektivno, a Vdark je pozadinski signal fotodetektora kada je LED dioda isključena. Promjena izlaznog signala ΔV = Vcolor–Vblank može se mjeriti prebacivanjem uzoraka. Prema jednačini. Kao što je prikazano na Slici 1, ako je ΔV mnogo manji od Vblank–Vdark, kada se koristi shema prebacivanja uzorkovanja, male promjene u Vblank (npr. drift) mogu imati mali utjecaj na vrijednost AMWC-a.
Da bi se uporedile performanse fotometra baziranog na MWC-u sa spektrofotometrom baziranim na kiveti, rastvor crvene tinte je korišten kao uzorak boje zbog njegove odlične stabilnosti boje i dobre linearnosti koncentracije i apsorbancije, a DI H2O kao slijepi uzorak. Kao što je prikazano u Tabeli 1, serija rastvora crvene tinte je pripremljena metodom serijskog razrjeđivanja korištenjem DI H2O kao rastvarača. Relativna koncentracija uzorka 1 (S1), nerazrijeđene originalne crvene boje, određena je kao 1,0. Na slici 2 prikazane su optičke fotografije 11 uzoraka crvene tinte (S4 do S14) sa relativnim koncentracijama (navedenim u Tabeli 1) u rasponu od 8,0 × 10–3 (lijevo) do 8,2 × 10–10 (desno).
Rezultati mjerenja za uzorak 6 prikazani su na slici 3(a). Tačke prelaska između obojenih i praznih uzoraka označene su na slici dvostrukim strelicama "↔". Može se vidjeti da izlazni napon brzo raste pri prelasku sa uzoraka u boji na prazne uzorke i obrnuto. Vcolor, Vblank i odgovarajuće ΔV mogu se dobiti kao što je prikazano na slici.
(a) Rezultati mjerenja za uzorak 6, (b) uzorak 9, (c) uzorak 13 i (d) uzorak 14 korištenjem fotometra baziranog na MWC-u.
Rezultati mjerenja za uzorke 9, 13 i 14 prikazani su na slikama 3(b)-(d), respektivno. Kao što je prikazano na slici 3(d), izmjereni ΔV iznosi samo 5 nV, što je skoro 3 puta veće od vrijednosti šuma (2 nV). Mali ΔV je teško razlikovati od šuma. Stoga je granica detekcije dostigla relativnu koncentraciju od 8,2×10⁻⁹ (uzorak 14). Uz pomoć jednačina. 1. Apsorbancija AMWC-a može se izračunati iz izmjerenih vrijednosti Vcolor, Vblank i Vdark. Za fotodetektor sa pojačanjem od 10⁴, Vdark je -0,68 μV. Rezultati mjerenja za sve uzorke su sažeti u tabeli 1 i mogu se naći u dodatnom materijalu. Kao što je prikazano u tabeli 1, apsorbancija pronađena pri visokim koncentracijama zasićuje, tako da se apsorbancija iznad 3,7 ne može mjeriti spektrometrima baziranim na MWC-u.
Poređenja radi, uzorak crvene tinte je također izmjeren spektrofotometrom, a izmjerena apsorbancija Acuvette-a prikazana je na Slici 4. Vrijednosti Acuvette-a na 505 nm (kao što je prikazano u Tabeli 1) dobijene su pozivanjem na krive uzoraka 10, 11 ili 12 (kao što je prikazano na umetku). Sl. 4) kao osnovnu liniju. Kao što je prikazano, granica detekcije dostigla je relativnu koncentraciju od 2,56 x 10-6 (uzorak 9) jer su krive apsorpcije uzoraka 10, 11 i 12 bile nerazlučive jedna od druge. Dakle, pri korištenju fotometra baziranog na MWC-u, granica detekcije je poboljšana za faktor 3125 u poređenju sa spektrofotometrom baziranim na kiveti.
Zavisnost apsorpcije od koncentracije prikazana je na Sl. 5. Za mjerenja s kivetom, apsorbancija je proporcionalna koncentraciji tinte na dužini puta od 1 cm. Dok je, za mjerenja zasnovana na MWC-u, uočen nelinearni porast apsorbancije pri niskim koncentracijama. Prema Beerovom zakonu, apsorbancija je proporcionalna dužini optičkog puta, tako da je pojačanje apsorpcije AEF (definirano kao AEF = AMWC/Acuvette pri istoj koncentraciji tinte) omjer MWC-a i dužine optičkog puta kivete. Kao što je prikazano na Sl. 5, pri visokim koncentracijama, konstanta AEF je oko 7,0, što je razumno s obzirom da je dužina MWC-a tačno 7 puta veća od dužine kivete od 1 cm. Međutim, pri niskim koncentracijama (srodna koncentracija <1,28 × 10-5), AEF se povećava sa smanjenjem koncentracije i dostigao bi vrijednost od 803 pri srodnoj koncentraciji od 8,2 × 10-10 ekstrapolacijom krivulje mjerenja na bazi kivete. Međutim, pri niskim koncentracijama (srodna koncentracija <1,28 × 10-5), AEF se povećava sa smanjenjem koncentracije i dostigao bi vrijednost od 803 pri srodnoj koncentraciji od 8,2 × 10-10 ekstrapolacijom krivulje mjerenja na bazi kivete. Međutim, pri niskim koncentracijama (nosilac koncentracije <1,28 × 10–5) AEF se povećava uz smanjenu koncentraciju i može postići vrijednosti 803 pri relativnoj koncentraciji 8,2 × 10–10 pri ekstrapolaciji krivog mjerenja na osnovicuvety. Međutim, pri niskim koncentracijama (relativna koncentracija <1,28 × 10–5), AEF se povećava sa smanjenjem koncentracije i može dostići vrijednost od 803 pri relativnoj koncentraciji od 8,2 × 10–10 kada se ekstrapolira iz krivulje mjerenja zasnovane na kiveti.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, 在相关, 1-08 渺时将达到803 的值。然而 ， 在 低 浓度 (相关 浓度 <1,28 × 10-5) ， , AEF 随着 的 降低 而 漌 广 而 漌 广基于 比色皿 测量 曲线, 在 浓度 do 8,2 × 10-10 时 达到 达到 达到 达到 达到 803 达到 Međutim, pri niskim koncentracijama (relevantne koncentracije < 1,28 × 10-5) AÉP se povećava uz smanjenje koncentracije, a pri ekstrapolaciji krivog izmjera na osnovi veličine dostiže vrijednosti relativnoj koncentraciji 8,2 × 10–10 803 . Međutim, pri niskim koncentracijama (relevantne koncentracije < 1,28 × 10-5) AED se povećava sa smanjenjem koncentracije i, kada se ekstrapolira iz krivulje mjerenja zasnovane na kiveti, dostiže relativnu vrijednost koncentracije od 8,2 × 10–10 803.To rezultira odgovarajućom optičkom putanjom od 803 cm (AEF × 1 cm), što je mnogo duže od fizičke dužine MWC-a, pa čak i duže od najdužeg komercijalno dostupnog LWC-a (500 cm od World Precision Instruments, Inc.). Doko Engineering LLC ima dužinu od 200 cm. Ovo nelinearno povećanje apsorpcije u LWC-u nije ranije zabilježeno.
Na sl. 6(a)-(c) prikazane su optička slika, mikroskopska slika i optička profilna slika unutrašnje površine MWC dijela. Kao što je prikazano na sl. 6(a), unutrašnja površina je glatka i sjajna, može reflektirati vidljivu svjetlost i visoko je reflektirajuća. Kao što je prikazano na sl. 6(b), zbog deformabilnosti i kristalne prirode metala, na glatkoj površini se pojavljuju male neravnine i udubljenja. S obzirom na malu površinu (<5 μm × 5 μm), hrapavost većine površine je manja od 1,2 nm (Slika 6(c)). S obzirom na malu površinu (<5 μm × 5 μm), hrapavost većine površine je manja od 1,2 nm (Slika 6(c)). Vidu maloj plohi (<5 mkm×5 mkm) šerohovatost veće površine površine čini manje od 1,2 nm (ris. 6(v)). Zbog male površine (<5 µm × 5 µm), hrapavost većeg dijela površine je manja od 1,2 nm (Slika 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)）。 Učinkovita manja površina (<5 mkm × 5 mkm), šerohovatost veće površine poverhnosti čini manje od 1,2 nm (ris. 6(v)). S obzirom na malu površinu (<5 µm × 5 µm), hrapavost većine površina je manja od 1,2 nm (Slika 6(c)).
(a) Optička slika, (b) mikroskopska slika i (c) optička slika unutrašnje površine MWC reza.
Kao što je prikazano na slici 7(a), optički put LOP u kapilari određen je uglom upada θ (LOP = LC/sinθ, gdje je LC fizička dužina kapilare). Za teflonske AF kapilare napunjene sa DI H2O, ugao upada mora biti veći od kritičnog ugla od 77,8°, tako da je LOP manji od 1,02 × LC bez daljnjeg poboljšanja3,6. Dok je kod MWC-a ograničavanje svjetlosti unutar kapilare nezavisno od indeksa prelamanja ili ugla upada, tako da kako se ugao upada smanjuje, put svjetlosti može biti mnogo duži od dužine kapilare (LOP » LC). Kao što je prikazano na slici 7(b), valovita metalna površina može izazvati raspršenje svjetlosti, što može značajno povećati optički put.
Stoga, postoje dvije svjetlosne putanje za MWC: direktna svjetlost bez refleksije (LOP = LC) i svjetlo u obliku zubaca s višestrukim refleksijama između bočnih zidova (LOP » LC). Prema Beerovom zakonu, intenzitet propuštene direktne i cik-cak svjetlosti može se izraziti kao PS×exp(-α×LC) i PZ×exp(-α×LOP) respektivno, gdje je konstanta α koeficijent apsorpcije, koji u potpunosti ovisi o koncentraciji tinte.
Za tintu visoke koncentracije (npr. srodna koncentracija >1,28 × 10-5), cik-cak svjetlost je znatno oslabljena i njen intenzitet je mnogo niži od intenziteta direktne svjetlosti, zbog velikog koeficijenta apsorpcije i mnogo dužeg optičkog puta. Za tintu visoke koncentracije (npr. srodna koncentracija >1,28 × 10-5), cik-cak svjetlost je znatno oslabljena i njen intenzitet je mnogo niži od intenziteta direktne svjetlosti, zbog velikog koeficijenta apsorpcije i mnogo dužeg optičkog puta. Za černil sa visokom koncentracijom (na primer, relativna koncentracija >1,28 × 10-5) zigzagoobrazni svet snažno zatamnjuje, njegova intenzivnost na mnogo niže, nego u direktnom svetlu, zbog većeg koeficijenta pogloštenja i mnogo dužeg optičkog izlučivanja. Za tintu visoke koncentracije (npr. relativna koncentracija >1,28×10-5), cik-cak svjetlost je snažno oslabljena i njen intenzitet je mnogo niži od intenziteta direktne svjetlosti zbog velikog koeficijenta apsorpcije i mnogo duže optičke emisije.staza.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 徼 大 ， z 字形 衰减 徼 大直光, 这 是 吸收 系数 大 光学 时间 更。。。 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长Za černil s visokom koncentracijom (na primjer, relevantne koncentracije >1,28×10-5) zigzagoobrazni svijet se značajno oslabi, a njegova intenzivnost je niže, nego što je u direktnom svijetu - zbog većeg koeficijenta pogloštenja i dužeg optičkog vremena. Za tinte visoke koncentracije (npr. relevantne koncentracije >1,28×10-5), cik-cak svjetlost je značajno oslabljena i njen intenzitet je mnogo niži od intenziteta direktne svjetlosti zbog velikog koeficijenta apsorpcije i dužeg optičkog vremena.mali put.Dakle, direktna svjetlost je dominirala određivanjem apsorbancije (LOP=LC), a AEF je održavan konstantnim na ~7,0. Nasuprot tome, kada se koeficijent apsorpcije smanjuje sa smanjenjem koncentracije tinte (npr. povezana koncentracija <1,28 × 10-5), intenzitet cik-cak svjetlosti raste brže od intenziteta direktne svjetlosti i tada cik-cak svjetlost počinje igrati važniju ulogu. Nasuprot tome, kada se koeficijent apsorpcije smanjuje sa smanjenjem koncentracije tinte (npr. povezana koncentracija <1,28 × 10-5), intenzitet cik-cak svjetlosti raste brže od intenziteta direktne svjetlosti i tada cik-cak svjetlost počinje igrati važniju ulogu. Nasuprot tome, kada se koeficijent pogloščenja smanjuje sa smanjenjem koncentracije crnila (na primjer, relativna koncentracija <1,28 × 10-5), intenzivnost cik-zagoobraznog svijeta povećava se brže, nego u direktnom svijetu, a zatim počinje igrati cik-zagoobrazni svijet. Naprotiv, kada se koeficijent apsorpcije smanjuje sa smanjenjem koncentracije tinte (na primjer, relativna koncentracija <1,28 × 10-5), intenzitet cik-cak svjetlosti raste brže od intenziteta direktne svjetlosti, a zatim počinje da se pojavljuje cik-cak svjetlost.važniju ulogu.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<1,28×10-10 ），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蛴用万个更相反, 当 吸收 系数 随着 墨水 的 降低 而 降低 时 例如 例如 ， 相关 ， 相水 的 降低 而 降低 时 例如 例如 ， 相关 ， 相关10-5） ， 字形光 的 强度 比 增加 得 更 , 然后 z 字形光 发挥 作用 重 荪更 更 更 更 更 更 更 更 HI的角色。 I naoborot, kada se koeficijent pogloščenja smanjuje sa smanjenjem koncentracije crnila (na primjer, odgovarajuća koncentracija < 1,28×10-5), intenzivnost cik-zagoobraznog svijeta povećava se brže, nego direktno, i tada cik-zagoobrazni svijet počinje igrati važniju ulogu. Suprotno tome, kada se koeficijent apsorpcije smanjuje sa smanjenjem koncentracije tinte (na primjer, odgovarajuća koncentracija < 1,28×10-5), intenzitet cik-cak svjetlosti raste brže od direktne svjetlosti, i tada cik-cak svjetlost počinje igrati važniju ulogu.uloga lika.Stoga, zbog optičkog puta u obliku pile (LOP » LC), AEF se može povećati mnogo više od 7.0. Precizne karakteristike prijenosa svjetlosti MWC-a mogu se dobiti korištenjem teorije valovodnog moda.
Pored poboljšanja optičkog puta, brzo prebacivanje uzoraka također doprinosi ultra niskim granicama detekcije. Zbog male zapremine MCC-a (0,16 ml), vrijeme potrebno za prebacivanje i promjenu rastvora u MCC-u može biti manje od 20 sekundi. Kao što je prikazano na slici 5, minimalna detektabilna vrijednost AMWC-a (2,5 × 10–4) je 4 puta niža od one kod Acuvette-a (1,0 × 10–3). Brzo prebacivanje rastvora koji teče u kapilari smanjuje uticaj sistemske buke (npr. drift) na tačnost razlike apsorbancije u poređenju sa rastvorom za zadržavanje u kiveti. Na primjer, kao što je prikazano na slici 3(b)-(d), ΔV se može lako razlikovati od signala drifta zbog brzog prebacivanja uzorka u kapilari male zapremine.
Kao što je prikazano u Tabeli 2, niz rastvora glukoze različitih koncentracija pripremljen je korištenjem DI H2O kao rastvarača. Obojeni ili slijepi uzorci pripremljeni su miješanjem rastvora glukoze ili deionizirane vode sa hromogenim rastvorima glukoza oksidaze (GOD) i peroksidaze (POD) 37 u fiksnom omjeru volumena od 3:1. Na Sl. 8 prikazane su optičke fotografije devet obojenih uzoraka (S2-S10) sa koncentracijama glukoze u rasponu od 2,0 mM (lijevo) do 5,12 nM (desno). Crvenilo se smanjuje sa smanjenjem koncentracije glukoze.
Rezultati mjerenja uzoraka 4, 9 i 10 fotometrom baziranim na MWC-u prikazani su na slikama 9(a)-(c), respektivno. Kao što je prikazano na slici 9(c), izmjereni ΔV postaje manje stabilan i polako se povećava tokom mjerenja kako se boja samog GOD-POD reagensa (čak i bez dodavanja glukoze) polako mijenja na svjetlu. Stoga se uzastopna mjerenja ΔV ne mogu ponavljati za uzorke s koncentracijom glukoze manjom od 5,12 nM (uzorak 10), jer kada je ΔV dovoljno mali, nestabilnost GOD-POD reagensa više se ne može zanemariti. Stoga je granica detekcije za rastvor glukoze 5,12 nM, iako je odgovarajuća vrijednost ΔV (0,52 µV) mnogo veća od vrijednosti šuma (0,03 µV), što ukazuje da se mali ΔV i dalje može detektovati. Ova granica detekcije može se dodatno poboljšati korištenjem stabilnijih hromogenih reagensa.
(a) Rezultati mjerenja za uzorak 4, (b) uzorak 9 i (c) uzorak 10 korištenjem fotometra baziranog na MWC-u.
Apsorbancija AMWC-a može se izračunati korištenjem izmjerenih vrijednosti Vcolor, Vblank i Vdark. Za fotodetektor s pojačanjem od 105, Vdark je -0,068 μV. Mjerenja za sve uzorke mogu se postaviti u dodatnom materijalu. Poređenja radi, uzorci glukoze su također izmjereni spektrofotometrom, a izmjerena apsorbancija Acuvette-a dostigla je granicu detekcije od 0,64 µM (uzorak 7) kao što je prikazano na Slici 10.
Odnos između apsorbancije i koncentracije prikazan je na Slici 11. Sa fotometrom baziranim na MWC-u postignuto je 125 puta veće poboljšanje granice detekcije u poređenju sa spektrofotometrom baziranim na kiveti. Ovo poboljšanje je niže nego kod testa s crvenim mastilom zbog slabe stabilnosti GOD-POD reagensa. Također je uočeno nelinearno povećanje apsorbancije pri niskim koncentracijama.
Fotometar baziran na MWC-u razvijen je za ultra-osjetljivu detekciju tekućih uzoraka. Optički put se može znatno povećati i biti mnogo duži od fizičke dužine MWC-a, jer svjetlost raspršena valovitim glatkim metalnim bočnim stijenkama može biti zadržana unutar kapilare bez obzira na ugao upada. Koncentracije niske do 5,12 nM mogu se postići korištenjem konvencionalnih GOD-POD reagensa zahvaljujući novom nelinearnom optičkom pojačanju i brzoj promjeni uzoraka i detekciji glukoze. Ovaj kompaktni i jeftin fotometar će se široko koristiti u naukama o životu i praćenju okoliša za analizu tragova.
Kao što je prikazano na Slici 1, fotometar baziran na MWC-u sastoji se od MWC-a dužine 7 cm (unutrašnji prečnik 1,7 mm, vanjski prečnik 3,18 mm, elektropolirana unutrašnja površina EP klase, kapilara od nehrđajućeg čelika SUS316L), LED diode talasne dužine 505 nm (Thorlabs M505F1) i sočiva (širenje snopa oko 6,6 stepeni), fotodetektora sa promjenjivim pojačanjem (Thorlabs PDB450C) i dva T-konektora za optičku komunikaciju i ulaz/izlaz tečnosti. T-konektor je napravljen lijepljenjem prozirne kvarcne ploče na PMMA cijev u koju su čvrsto umetnute i zalijepljene MWC i Peek cijevi (unutrašnji prečnik 0,72 mm, vanjski prečnik 1,6 mm, Vici Valco Corp.). Trosmjerni ventil povezan sa Pike ulaznom cijevi koristi se za prebacivanje dolaznog uzorka. Fotodetektor može pretvoriti primljenu optičku snagu P u pojačani naponski signal N×V (gdje je V/P = 1,0 V/W na 1550 nm, pojačanje N se može ručno podesiti u rasponu od 103-107). Radi kratkoće, V se koristi umjesto N×V kao izlazni signal.
Poređenja radi, za mjerenje apsorbancije tekućih uzoraka korišten je i komercijalni spektrofotometar (Agilent Technologies Cary 300 serija sa R928 visokoefikasnim fotomultiplikatorom) sa kivetnom ćelijom od 1,0 cm.
Unutrašnja površina MWC reza ispitana je korištenjem optičkog površinskog profilera (ZYGO New View 5022) s vertikalnom i lateralnom rezolucijom od 0,1 nm i 0,11 µm, respektivno.
Sve hemikalije (analitičke čistoće, bez daljnjeg prečišćavanja) kupljene su od Sichuan Chuangke Biotechnology Co., Ltd. Kompleti za testiranje glukoze uključuju glukoza oksidazu (GOD), peroksidazu (POD), 4-aminoantipirin i fenol, itd. Hromogeni rastvor je pripremljen uobičajenom GOD-POD 37 metodom.
Kao što je prikazano u Tabeli 2, niz rastvora glukoze različitih koncentracija pripremljen je korištenjem DI H2O kao razrjeđivača metodom serijskog razrjeđivanja (vidi Dodatne materijale za detalje). Pripremite obojene ili slijepe uzorke miješanjem rastvora glukoze ili deionizirane vode s hromogenim rastvorom u fiksnom omjeru volumena od 3:1. Svi uzorci su pohranjeni na 37°C zaštićeni od svjetlosti 10 minuta prije mjerenja. U GOD-POD metodi, obojeni uzorci postaju crveni s maksimumom apsorpcije na 505 nm, a apsorpcija je gotovo proporcionalna koncentraciji glukoze.
Kao što je prikazano u Tabeli 1, serija rastvora crvene tinte (Ostrich Ink Co., Ltd., Tianjin, Kina) pripremljena je metodom serijskog razrjeđivanja korištenjem DI H2O kao rastvarača.
Kako citirati ovaj članak: Bai, M. i dr. Kompaktni fotometar baziran na kapilarama metalnih valovoda: za određivanje nanomolarnih koncentracija glukoze. the science. 5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
Dress, P. & Franke, H. Povećanje tačnosti analize tečnosti i kontrole pH vrednosti korišćenjem talasovoda sa tečnom jezgrom. Dress, P. & Franke, H. Povećanje tačnosti analize tečnosti i kontrole pH vrednosti korišćenjem talasovoda sa tečnom jezgrom.Dress, P. i Franke, H. Poboljšanje tačnosti analize tečnosti i kontrole pH vrednosti pomoću talasovoda sa tečnim jezgrom. 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. i Franke, H. Poboljšanje tačnosti analize tečnosti i kontrole pH vrednosti korišćenjem talasovoda sa tečnim jezgrom.Prebacite se na nauku. meter. 68, 2167–2171 (1997).
Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ i Hansell, DA Kontinuirano kolorimetrijsko određivanje tragova amonijaka u morskoj vodi pomoću kapilarne ćelije s tekućim valovodom dugog puta. Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ i Hansell, DA Kontinuirano kolorimetrijsko određivanje tragova amonijaka u morskoj vodi pomoću kapilarne ćelije s tekućim valovodom dugog puta.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ i Hansel, DA Kontinuirano kolorimetrijsko određivanje tragova amonijaka u morskoj vodi korištenjem kapilarne ćelije s tekućim valovodom. 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量量量 Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ & Hansell, DA.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ i Hansel, DA Kontinuirano kolorimetrijsko određivanje tragova amonijaka u morskoj vodi korištenjem kapilara dugog dometa s tekućim valovodom.Hemija u martu, 96, 73–85 (2005).
Páscoa, RNMJ, Tóth, IV i Rangel, AOSS. Pregled nedavnih primjena kapilarne ćelije s tekućim valovodom u tehnikama analize zasnovanim na protoku radi poboljšanja osjetljivosti spektroskopskih metoda detekcije. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV i Rangel, AOSS. Pregled nedavnih primjena kapilarne ćelije s tekućim valovodom u tehnikama analize zasnovanim na protoku radi poboljšanja osjetljivosti spektroskopskih metoda detekcije.Pascoa, RNMJ, Toth, IV i Rangel, AOSS Pregled nedavnih primjena kapilarne ćelije s tekućim valovodom u tehnikama analize protoka radi poboljšanja osjetljivosti spektroskopskih metoda detekcije. 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 i Rangel, AOSS Pregled nedavnih primjena kapilarnih ćelija s tekućim valovodom u analitičkim metodama zasnovanim na protoku radi poboljšanja osjetljivosti spektroskopskih metoda detekcije.anus. Zakon o himni 739, 1-13 (2012).
Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Istraživanje debljine Ag i AgI filmova u kapilari za šuplje talasovode. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Istraživanje debljine Ag i AgI filmova u kapilari za šuplje talasovode.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. i Shen J. Istraživanje debljine filmova Ag, AgI u kapilari za šuplje talasovode. 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. Istraživanje debljine tankog filma Ag i AgI u vazdušnom kanalu.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. i Shen J. Istraživanje debljine tankog filma Ag, AgI u kapilarama šupljih valovoda.Infracrvena fizika. tehnologija 42, 501–508 (2001).
Gimbert, LJ, Haygarth, PM i Worsfold, PJ Određivanje nanomolarnih koncentracija fosfata u prirodnim vodama korištenjem ubrizgavanja protoka s kapilarnom ćelijom tekućeg valovoda duge dužine puta i spektrofotometrijske detekcije u čvrstom stanju. Gimbert, LJ, Haygarth, PM i Worsfold, PJ Određivanje nanomolarnih koncentracija fosfata u prirodnim vodama korištenjem ubrizgavanja protoka s kapilarnom ćelijom tekućeg valovoda duge dužine puta i spektrofotometrijske detekcije u čvrstom stanju.Gimbert, LJ, Haygarth, PM i Worsfold, PJ Određivanje nanomolarnih koncentracija fosfata u prirodnim vodama korištenjem ubrizgavanja protoka s kapilarnom ćelijom s tekućim valovodom i spektrofotometrijske detekcije u čvrstom stanju. 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 i Worsfold, PJ Određivanje koncentracije fosfata u prirodnoj vodi korištenjem tečnog šprica i kapilarne cijevi dugog dometa tečnog talasovoda.Gimbert, LJ, Haygarth, PM i Worsfold, PJ Određivanje nanomolarnog fosfata u prirodnoj vodi korištenjem injekcijskog toka i kapilarnog talasovoda sa dugim optičkim putem i spektrofotometrijske detekcije u čvrstom stanju.Taranta 71, 1624–1628 (2007).
Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Linearnost i efektivna optička dužina puta kapilarnih ćelija tečnog talasovoda. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Linearnost i efektivna optička dužina puta kapilarnih ćelija tečnog talasovoda.Belz M., Dress P., Suhitsky A. i Liu S. Linearnost i efektivna dužina optičkog puta u tečnim talasovodima u kapilarnim ćelijama. 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. Linearnost i efektivna dužina tečne vode.Belz M., Dress P., Suhitsky A. i Liu S. Linearna i efektivna dužina optičkog puta u tečnom talasu kapilarne ćelije.SPIE 3856, 271–281 (1999).
Dallas, T. & Dasgupta, PK Svjetlo na kraju tunela: nedavne analitičke primjene talasovoda s tekućim jezgrom. Dallas, T. & Dasgupta, PK Svjetlo na kraju tunela: nedavne analitičke primjene talasovoda s tekućim jezgrom.Dallas, T. i Dasgupta, PK Svjetlo na kraju tunela: nedavne analitičke primjene talasovoda s tekućim jezgrom. Dallas, T. & Dasgupta, PK Svjetlo na kraju tunela：液芯波导的最新分析应用。 Dallas, T. & Dasgupta, PK Svjetlo na kraju tunela：液芯波导的最新分析应用。Dallas, T. i Dasgupta, PK Svjetlo na kraju tunela: najnovija analitička primjena talasovoda sa tečnim jezgrom.TrAC, analiza trenda. Chemical. 23, 385–392 (2004).
Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR i McKelvie, ID Svestrana ćelija za detekciju fotometrije s potpunom internom refleksijom za analizu protoka. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR i McKelvie, ID Svestrana ćelija za detekciju fotometrije s potpunom internom refleksijom za analizu protoka.Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR i McKelvey, ID Univerzalna fotometrijska ćelija za potpunu unutrašnju refleksiju za analizu protoka. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID 用于流量分析的多功能全内反射光度检测池。 Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR i McKelvie, IDEllis, PS, Gentle, BS, Grace, MR i McKelvey, ID Univerzalna TIR fotometrijska ćelija za analizu protoka.Taranta 79, 830–835 (2009).
Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ i McKelvie, ID. Višerefleksijska fotometrijska protočna ćelija za upotrebu u analizi protoka injekcijom u estuarijske vode. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ i McKelvie, ID. Višerefleksijska fotometrijska protočna ćelija za upotrebu u analizi protoka injekcijom u estuarijske vode.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ i McKelvey, ID. Višestruko reflektirajuća fotometrijska protočna ćelija za upotrebu u analizi protoka estuarijskih voda. 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刂 Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ i McKelvie, ID.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ i McKelvey, ID. Višestruko reflektirajuća fotometrijska protočna ćelija za analizu ubrizgavanja protoka u estuarnim vodama.anus Chim. Acta 499, 81-89 (2003).
Pan, J. -Z., Yao, B. & Fang, Q. Ručni fotometar zasnovan na detekciji apsorpcije talasovoda sa tečnim jezgrom za uzorke nanolitarske veličine. Pan, J.-Z., Yao, B. & Fang, Q. Ručni fotometar zasnovan na detekciji apsorpcije talasovoda sa tečnim jezgrom za uzorke nanolitarske skale.Pan, J.-Z., Yao, B. i Fang, K. Ručni fotometar zasnovan na detekciji apsorpcije valnih dužina tekućeg jezgra za uzorke nanolitarske veličine. Pan, J.-Z., Yao, B. & Fang, Q. 基于液芯波导吸收检测的纳升级样品手持光度计。 Pan, J.-Z., Yao, B. & Fang, Q. Na osnovu 液芯波波水水水油法的纳法手手手持光度计。Pan, J.-Z., Yao, B. i Fang, K. Ručni fotometar sa nanoskalnim uzorkom zasnovan na detekciji apsorpcije u tečnom jezgru talasa.Hemikal anusa, 82, 3394–3398 (2010).
Zhang, J.-Z. Povećanje osjetljivosti analize protoka ubrizgavanja korištenjem kapilarne protočne ćelije s dugim optičkim putem za spektrofotometrijsku detekciju. anus. the science. 22, 57–60 (2006).
D'Sa, EJ & Steward, RG Primjena tečnog kapilarnog talasovoda u apsorpcionoj spektroskopiji (Odgovor na komentar Byrnea i Kaltenbachera). D'Sa, EJ & Steward, RG Primjena tečnog kapilarnog talasovoda u apsorpcionoj spektroskopiji (Odgovor na komentar Byrnea i Kaltenbachera).D'Sa, EJ i Steward, RG Primjena tečnih kapilarnih talasovoda u apsorpcionoj spektroskopiji (Odgovor na komentare Byrnea i Kaltenbachera). D'Sa, EJ & Steward, RG 液体毛细管波导在吸收光谱中的应用（回复Byrne 和Kaltenbacher 的评论） D'Sa, EJ & Steward, RG Primjena tečnog 毛绿波波对在apsorpcionog spektra (回复Byrne和Kaltenbacher的评论）).D'Sa, EJ i Steward, RG Tečni kapilarni talasovodi za apsorpcionu spektroskopiju (kao odgovor na komentare Byrnea i Kaltenbachera).limonol. Okeanograf. 46, 742–745 (2001).
Khijwania, SK i Gupta, BD Senzor apsorpcije evanescentnog polja optičkih vlakana: Utjecaj parametara vlakana i geometrije sonde. Khijwania, SK i Gupta, BD Senzor apsorpcije evanescentnog polja optičkih vlakana: Utjecaj parametara vlakana i geometrije sonde.Hijvania, SK i Gupta, BD Senzor apsorpcije evanescentnog polja optičkih vlakana: Utjecaj parametara vlakana i geometrije sonde. 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 i Gupta, BDHijvania, SK i Gupta, BD Senzori sa optičkim vlaknima koja apsorbuju evanescentnu energiju: uticaj parametara vlakana i geometrije sonde.Optika i kvantna elektronika 31, 625–636 (1999).
Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Kutni izlaz šupljih, metalom obloženih, Ramanovih senzora s valovodom. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Kutni izlaz šupljih, metalom obloženih, Ramanovih senzora s valovodom.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. i Woodruff, SD Kutni izlaz Ramanovih senzora sa šupljim valovodom i metalnom oblogom. 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., Burić, MP, Falk, J. & Woodruff, SD.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. i Woodruff, SD Kutni izlaz Ramanovog senzora s valovodom od golog metala.aplikacija za izbor 51, 2023-2025 (2012).
Harrington, JA Pregled šupljih talasovoda za IR prenos. Integracija vlakana. Izbor. 19, 211–227 (2000).