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El análisis de trazas en muestras líquidas tiene una amplia gama de aplicaciones en las ciencias biológicas y la monitorización ambiental. En este trabajo, hemos desarrollado un fotómetro compacto y económico basado en capilares de guía de onda metálica (MCC) para la determinación ultrasensible de la absorción. La trayectoria óptica puede incrementarse considerablemente, superando la longitud física del MWC, gracias a que la luz dispersada por las paredes laterales metálicas lisas y corrugadas se mantiene dentro del capilar independientemente del ángulo de incidencia. Se pueden alcanzar concentraciones tan bajas como 5,12 nM utilizando reactivos cromogénicos comunes gracias a una nueva amplificación óptica no lineal, una rápida conmutación de muestras y la detección de glucosa.
La fotometría se utiliza ampliamente para el análisis de trazas de muestras líquidas debido a la abundancia de reactivos cromogénicos y dispositivos optoelectrónicos semiconductores disponibles1,2,3,4,5. En comparación con la determinación de absorbancia tradicional basada en cubetas, los capilares de guía de onda líquida (LWC) reflejan (TIR) ​​manteniendo la luz de sonda dentro del capilar1,2,3,4,5. Sin embargo, sin mejoras adicionales, la trayectoria óptica es solo cercana a la longitud física del LWC3.6, y aumentar la longitud del LWC más allá de 1,0 m sufrirá una fuerte atenuación de la luz y un alto riesgo de burbujas, etc.3, 7. Con respecto a la celda de multirreflexión propuesta para mejoras de la trayectoria óptica, el límite de detección solo mejora en un factor de 2,5-8,9.
Actualmente existen dos tipos principales de capilares de agua líquida (LWC), a saber, capilares de Teflón AF (con un índice de refracción de solo ~1,3, que es menor que el del agua) y capilares de sílice recubiertos con Teflón AF o películas metálicas1,3,4. Para lograr TIR en la interfaz entre materiales dieléctricos, se requieren materiales con un índice de refracción bajo y altos ángulos de incidencia de la luz3,6,10. Con respecto a los capilares de Teflón AF, el Teflón AF es transpirable debido a su estructura porosa3,11 y puede absorber pequeñas cantidades de sustancias en muestras de agua. Para capilares de cuarzo recubiertos en el exterior con Teflón AF o metal, el índice de refracción del cuarzo (1,45) es mayor que el de la mayoría de las muestras líquidas (por ejemplo, 1,33 para el agua)3,6,12,13. Para capilares recubiertos con una película metálica en el interior, se han estudiado las propiedades de transporte14,15,16,17,18, pero el proceso de recubrimiento es complicado y la superficie de la película metálica tiene una estructura rugosa y porosa4,19.
Además, los LWC comerciales (capilares recubiertos de teflón AF y capilares de sílice recubiertos de teflón AF, World Precision Instruments, Inc.) tienen algunas otras desventajas, como: para fallas. . El gran volumen muerto del conector en T TIR3,10, (2) (para conectar capilares, fibras y tubos de entrada/salida) puede atrapar burbujas de aire10.
Al mismo tiempo, la determinación de los niveles de glucosa es de gran importancia para el diagnóstico de diabetes, cirrosis hepática y enfermedad mental20, y existen muchos métodos de detección, como fotometría (incluida la espectrofotometría21, 22, 23, 24, 25 y la colorimetría en papel26, 27, 28), galvanometría29, 30, 31, fluorometría32, 33, 34, 35, polarimetría óptica36, resonancia de plasmones superficiales37, cavidad Fabry-Perot38, electroquímica39 y electroforesis capilar40,41, etc. Sin embargo, la mayoría de estos métodos requieren equipos costosos, y la detección de glucosa en concentraciones nanomolares sigue siendo un desafío (por ejemplo, para mediciones fotométricas21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, la concentración más baja de glucosa). La limitación fue de solo 30 nM cuando se utilizaron nanopartículas de azul de Prusia como imitadores de la peroxidasa. Los análisis de glucosa nanomolar suelen ser necesarios para estudios celulares a nivel molecular, como la inhibición del crecimiento del cáncer de próstata humano42 y el comportamiento de fijación de CO2 de Prochlorococcus en el océano.
En este artículo, se desarrolló un fotómetro compacto y económico basado en un capilar de guía de onda metálica (MWC), un capilar de acero inoxidable SUS316L con una superficie interna electropulida, para la determinación ultrasensible de la absorción. Dado que la luz puede quedar atrapada dentro de los capilares metálicos independientemente del ángulo de incidencia, la trayectoria óptica puede incrementarse considerablemente mediante la dispersión de la luz en superficies metálicas corrugadas y lisas, y es mucho más larga que la longitud física del MWC. Además, se diseñó un conector en T simple para la conexión óptica y la entrada/salida de fluido para minimizar el volumen muerto y evitar el atrapamiento de burbujas. Para el fotómetro MWC de 7 cm, el límite de detección mejora aproximadamente 3000 veces en comparación con el espectrofotómetro comercial con cubeta de 1 cm debido a la nueva mejora de la trayectoria óptica no lineal y la rápida conmutación de la muestra, y también se puede lograr la detección de glucosa en tan solo 5,12 nM utilizando reactivos cromogénicos comunes.
Como se muestra en la Figura 1, el fotómetro basado en MWC consta de un MWC de 7 cm de longitud con una superficie interna electropulida de grado EP, un LED de 505 nm con una lente, un fotodetector de ganancia ajustable y dos entradas para acoplamiento óptico y líquido. Salida. Una válvula de tres vías conectada al tubo de entrada de Pike se utiliza para conmutar la muestra entrante. El tubo de Peek se ajusta perfectamente a la placa de cuarzo y al MWC, por lo que el volumen muerto en el conector en T se mantiene al mínimo, evitando eficazmente que queden atrapadas burbujas de aire. Además, el haz colimado se puede introducir de forma fácil y eficiente en el MWC a través de la placa de cuarzo del conector en T.
El haz y la muestra líquida se introducen en la MCC a través de una pieza en T, y el haz que pasa a través de la MCC es recibido por un fotodetector. Las soluciones entrantes de muestras teñidas o en blanco se introdujeron alternativamente en la ICC a través de una válvula de tres vías. Según la ley de Beer, la densidad óptica de una muestra coloreada se puede calcular a partir de la ecuación 1.10.
donde Vcolor y Vblank son las señales de salida del fotodetector cuando se introducen muestras de color y en blanco en el MCC, respectivamente, y Vdark es la señal de fondo del fotodetector cuando el LED está apagado. El cambio en la señal de salida ΔV = Vcolor–Vblank se puede medir mediante la conmutación de muestras. Según la ecuación. Como se muestra en la Figura 1, si ΔV es mucho menor que Vblank–Vdark, cuando se utiliza un esquema de conmutación de muestreo, pequeños cambios en Vblank (por ejemplo, deriva) pueden tener poco efecto en el valor AMWC.
Para comparar el rendimiento del fotómetro basado en MWC con el espectrofotómetro basado en cubeta, se utilizó una solución de tinta roja como muestra de color debido a su excelente estabilidad de color y buena linealidad concentración-absorbancia, y agua desionizada como muestra en blanco. Como se muestra en la Tabla 1, se preparó una serie de soluciones de tinta roja mediante el método de dilución en serie utilizando agua desionizada como disolvente. La concentración relativa de la muestra 1 (S1), pintura roja original sin diluir, se determinó como 1,0. En la figura 2 se muestran fotografías ópticas de 11 muestras de tinta roja (S4 a S14) con concentraciones relativas (enumeradas en la Tabla 1) que van desde 8,0 × 10–3 (izquierda) hasta 8,2 × 10–10 (derecha).
Los resultados de la medición para la muestra 6 se muestran en la figura 3(a). Los puntos de conmutación entre las muestras teñidas y las muestras en blanco están marcados en la figura con flechas dobles “↔”. Se observa que el voltaje de salida aumenta rápidamente al cambiar de muestras coloreadas a muestras en blanco y viceversa. Vcolor, Vblank y el ΔV correspondiente se obtienen como se muestra en la figura.
(a) Resultados de medición para la muestra 6, (b) muestra 9, (c) muestra 13 y (d) muestra 14 utilizando un fotómetro basado en MWC.
Los resultados de medición para las muestras 9, 13 y 14 se muestran en las Figs. 3(b)-(d), respectivamente. Como se muestra en la Figura 3(d), el ΔV medido es de solo 5 nV, que es casi 3 veces el valor de ruido (2 nV). Un ΔV pequeño es difícil de distinguir del ruido. Por lo tanto, el límite de detección alcanzó una concentración relativa de 8,2×10-10 (muestra 14). Con la ayuda de las ecuaciones. 1. La absorbancia AMWC se puede calcular a partir de los valores medidos de Vcolor, Vblank y Vdark. Para un fotodetector con una ganancia de 104 Vdark es -0,68 μV. Los resultados de medición para todas las muestras se resumen en la Tabla 1 y se pueden encontrar en el material suplementario. Como se muestra en la Tabla 1, la absorbancia encontrada a altas concentraciones se satura, por lo que la absorbancia por encima de 3,7 no se puede medir con espectrómetros basados ​​en MWC.
Para comparar, también se midió una muestra de tinta roja con un espectrofotómetro y la absorbancia medida de Acuvette se muestra en la Figura 4. Los valores de Acuvette a 505 nm (como se muestra en la Tabla 1) se obtuvieron tomando como referencia las curvas de las muestras 10, 11 o 12 (como se muestra en el recuadro). a la Fig. 4) como línea base. Como se muestra, el límite de detección alcanzó una concentración relativa de 2,56 x 10-6 (muestra 9) porque las curvas de absorción de las muestras 10, 11 y 12 eran indistinguibles entre sí. Por lo tanto, al usar el fotómetro basado en MWC, el límite de detección mejoró en un factor de 3125 en comparación con el espectrofotómetro basado en cubeta.
La dependencia absorción-concentración se presenta en la Fig. 5. Para mediciones en cubeta, la absorbancia es proporcional a la concentración de tinta a una longitud de trayectoria de 1 cm. En cambio, para mediciones basadas en MWC, se observó un aumento no lineal de la absorbancia a bajas concentraciones. Según la ley de Beer, la absorbancia es proporcional a la longitud de la trayectoria óptica, por lo que la ganancia de absorción AEF (definida como AEF = AMWC/Acuvette a la misma concentración de tinta) es la relación entre MWC y la longitud de la trayectoria óptica de la cubeta. Como se muestra en la Figura 5, a altas concentraciones, la constante AEF es de alrededor de 7,0, lo cual es razonable ya que la longitud del MWC es exactamente 7 veces la longitud de una cubeta de 1 cm. Sin embargo, a bajas concentraciones (concentración relacionada <1,28 × 10-5), el AEF aumenta al disminuir la concentración y alcanzaría un valor de 803 a una concentración relacionada de 8,2 × 10-10 extrapolando la curva de medición basada en cubetas. Sin embargo, a bajas concentraciones (concentración relacionada <1,28 × 10-5), el AEF aumenta al disminuir la concentración y alcanzaría un valor de 803 a una concentración relacionada de 8,2 × 10-10 extrapolando la curva de medición basada en cubetas. Однако при низких концентрациях (относительная концентрация <1,28 × 10–5) AEF увеличивается с уменьшением концентрации и может достигать значения 803 при относительной концентрации 8,2 × 10–10 при экстраполяции кривой измерения на основе кюветы. Sin embargo, a bajas concentraciones (concentración relativa <1,28 × 10–5), el AEF aumenta al disminuir la concentración y puede alcanzar un valor de 803 a una concentración relativa de 8,2 × 10–10 cuando se extrapola a partir de una curva de medición basada en cubeta.然而，在低浓度（相关浓度<1.28 × 10-5 ）下，AEF 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。 Однако при низких концентрациях (релевантные концентрации < 1,28 × 10-5) АЭП увеличивается с уменьшением концентрации, y при экстраполяции кривой измерения на основе кюветы она достигает значения относительной концентрации 8,2 × 10–10 803 . Sin embargo, a bajas concentraciones (concentraciones relevantes < 1,28 × 10⁻⁵), la DEA aumenta al disminuir la concentración y, cuando se extrapola a partir de una curva de medición basada en cubetas, alcanza un valor de concentración relativa de 8,2 × 10⁻¹⁰ 803.Esto da como resultado una trayectoria óptica correspondiente de 803 cm (AEF × 1 cm), que es mucho mayor que la longitud física del MWC, e incluso mayor que la del LWC comercialmente disponible más largo (500 cm de World Precision Instruments, Inc.). Doko Engineering LLC tiene una longitud de 200 cm. Este aumento no lineal de la absorción en el LWC no se había reportado anteriormente.
Las figuras 6(a)-(c) muestran, respectivamente, una imagen óptica, una imagen de microscopio y una imagen de perfilómetro óptico de la superficie interna de la sección MWC. Como se observa en la figura 6(a), la superficie interna es lisa y brillante, refleja la luz visible y presenta una alta reflectividad. Como se muestra en la figura 6(b), debido a la deformabilidad y la naturaleza cristalina del metal, aparecen pequeñas mesetas e irregularidades en la superficie lisa. En vista de la pequeña área (<5 μm×5 μm), la rugosidad de la mayor parte de la superficie es menor a 1,2 nm (Fig. 6(c)). En vista de una pequeña área (<5 μm×5 μm), la rugosidad de la mayor parte de la superficie es menor a 1,2 nm (Fig. 6(c)). El tamaño de las líneas pequeñas (<5 мкм×5 мкм) es de 1,2 nm (ver 6(в)). Debido a la pequeña área (<5 µm×5 µm), la rugosidad de la mayor parte de la superficie es menor a 1,2 nm (Fig. 6(c)).考虑到小面积（<5 μm×5 μm），大多数表面的粗糙度小于1.2 nm（图6（c））.考虑到小面积（<5 μm×5 μm），大多数表面的粗糙度小于1.2 nm（图6（c））. Учитывая небольшую площадь (<5 мкм × 5 мкм), шероховатость большинства поверхностей составляет менее 1,2 нм (ris. 6(в)). Considerando el área pequeña (<5 µm × 5 µm), la rugosidad de la mayoría de las superficies es menor a 1,2 nm (Fig. 6(c)).
(a) Imagen óptica, (b) imagen de microscopio y (c) imagen óptica de la superficie interna del corte MWC.
Como se muestra en la figura 7(a), el camino óptico LOP en el capilar está determinado por el ángulo de incidencia θ (LOP = LC/sinθ, donde LC es la longitud física del capilar). Para capilares AF de teflón llenos de agua desionizada, el ángulo de incidencia debe ser mayor que el ángulo crítico de 77,8°, por lo que LOP es menor que 1,02 × LC sin mejoras adicionales3,6. Mientras que, con MWC, el confinamiento de la luz dentro del capilar es independiente del índice de refracción o del ángulo de incidencia, por lo que a medida que el ángulo de incidencia disminuye, el camino de la luz puede ser mucho más largo que la longitud del capilar (LOP » LC). Como se muestra en la figura 7(b), la superficie metálica corrugada puede inducir la dispersión de la luz, lo que puede aumentar considerablemente el camino óptico.
Por lo tanto, existen dos trayectorias de luz para MWC: luz directa sin reflexión (LOP = LC) y luz en zigzag con múltiples reflexiones entre las paredes laterales (LOP » LC). Según la ley de Beer, la intensidad de la luz directa y en zigzag transmitida se puede expresar como PS×exp(-α×LC) y PZ×exp(-α×LOP) respectivamente, donde la constante α es el coeficiente de absorción, que depende completamente de la concentración de tinta.
Para tintas de alta concentración (por ejemplo, concentración relacionada >1,28 × 10⁻⁵), la luz en zigzag se atenúa mucho y su intensidad es mucho menor que la de la luz directa, debido al gran coeficiente de absorción y a su trayectoria óptica mucho más larga. Para tintas de alta concentración (por ejemplo, concentración relacionada >1,28 × 10-5), la luz en zigzag se atenúa mucho y su intensidad es mucho menor que la de la luz directa, debido al gran coeficiente de absorción y a su trayectoria óptica mucho más larga. Для чернил с высокой концентрацией (por ejemplo, относительная концентрация >1,28 × 10-5) зигзагообразный свет сильно затухает, un ego Интенсивность намного ниже, чем у прямого света, из-за большого коэффициента поглощения и гораздо больее длинного óptico излучения. Para tintas de alta concentración (por ejemplo, concentración relativa >1,28×10⁻⁵), la luz en zigzag se atenúa considerablemente y su intensidad es mucho menor que la de la luz directa debido al elevado coeficiente de absorción y a la mayor duración de la emisión óptica.pista.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Для чернил с высокой концентрацией (por ejemplo, релевантные концентрации >1,28×10-5) зигзагообразный свет значительно ослабляется y его Интенсивность намного ниже, чем у прямого света из-за большого коэфифициента поглощения и более длительного оптического времени. En el caso de tintas de alta concentración (por ejemplo, concentraciones relevantes >1,28×10⁻⁵), la luz en zigzag se atenúa significativamente y su intensidad es mucho menor que la de la luz directa debido al elevado coeficiente de absorción y al mayor tiempo óptico.pequeño camino.Por lo tanto, la luz directa dominó la determinación de la absorbancia (LOP=LC) y el AEF se mantuvo constante en ~7,0. Por el contrario, cuando el coeficiente de absorción disminuye al disminuir la concentración de tinta (por ejemplo, concentración relacionada <1,28 × 10-5), la intensidad de la luz en zigzag aumenta más rápidamente que la de la luz recta y entonces la luz en zigzag comienza a desempeñar un papel más importante. Por el contrario, cuando el coeficiente de absorción disminuye al disminuir la concentración de tinta (por ejemplo, concentración relacionada <1,28 × 10-5), la intensidad de la luz en zigzag aumenta más rápidamente que la de la luz recta y entonces la luz en zigzag comienza a desempeñar un papel más importante. Напротив, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чернил (por ejemplo, относительная концентрация <1,28 × 10-5), Интенсивность зигзагообразного света увеличивается быстрее, чем у прямого света, и затем начинает играть зигзагообразный свет. Por el contrario, cuando el coeficiente de absorción disminuye al disminuir la concentración de tinta (por ejemplo, la concentración relativa <1,28×10-5), la intensidad de la luz en zigzag aumenta más rápido que la de la luz directa, y entonces comienza a aparecer la luz en zigzag.papel más importante.相反，当吸收系数随着墨水浓度的降低而降低时（例如，相关浓度<1.28×10-5 ），Z字形光的强度比直光增加得更快，然后Z字形光开始发挥作用一个更重要的角色。相反 ， 当 吸收 系数 随着 墨水 的 降低 而 降低 时 例如 例如 ， 相关 浓度 浓度 <1.28 × 10-5） ，字形光 的 强度 比 增加 得 更 ， 然后 z 字形光 发挥 作用 一 个 重要 重要 重要 更 更 更 更 更 更 更 更 HI的角色. И наоборот, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чернил (por ejemplo, соответствующая концентрация < 1,28×10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличивается быстрее, чем прямого, и тогда зигзагообразный свет начинает играть более важную роль. Por el contrario, cuando el coeficiente de absorción disminuye al disminuir la concentración de tinta (por ejemplo, la concentración correspondiente < 1,28×10⁻⁵), la intensidad de la luz en zigzag aumenta más rápido que la luz directa, y entonces la luz en zigzag comienza a desempeñar un papel más importante.personaje de rol.Por lo tanto, debido a la trayectoria óptica en diente de sierra (LOP » LC), el AEF puede incrementarse mucho más allá de 7,0. Las características precisas de transmisión de luz del MWC pueden obtenerse utilizando la teoría de modos de guía de onda.
Además de mejorar la trayectoria óptica, el cambio rápido de muestras también contribuye a límites de detección ultrabajos. Debido al pequeño volumen de MCC (0,16 ml), el tiempo necesario para cambiar las soluciones en MCC puede ser inferior a 20 segundos. Como se muestra en la Figura 5, el valor mínimo detectable de AMWC (2,5 × 10–4) es 4 veces menor que el de Acuvette (1,0 × 10–3). El cambio rápido de la solución que fluye en el capilar reduce el efecto del ruido del sistema (por ejemplo, la deriva) en la precisión de la diferencia de absorbancia en comparación con la solución de retención en la cubeta. Por ejemplo, como se muestra en la figura 3(b)-(d), ΔV se puede distinguir fácilmente de una señal de deriva debido al cambio rápido de muestras en el capilar de pequeño volumen.
Como se muestra en la Tabla 2, se preparó una gama de soluciones de glucosa a diversas concentraciones utilizando agua desionizada como disolvente. Las muestras teñidas o en blanco se prepararon mezclando la solución de glucosa o agua desionizada con soluciones cromogénicas de glucosa oxidasa (GOD) y peroxidasa (POD) 37 en una proporción de volumen fija de 3:1, respectivamente. La figura 8 muestra fotografías ópticas de nueve muestras teñidas (S2-S10) con concentraciones de glucosa que van desde 2,0 mM (izquierda) hasta 5,12 nM (derecha). El enrojecimiento disminuye al disminuir la concentración de glucosa.
Los resultados de las mediciones de las muestras 4, 9 y 10 con un fotómetro basado en MWC se muestran en las figuras 9(a)-(c), respectivamente. Como se muestra en la figura 9(c), el ΔV medido se vuelve menos estable y aumenta lentamente durante la medición a medida que el color del reactivo GOD-POD (incluso sin añadir glucosa) cambia lentamente con la luz. Por lo tanto, no se pueden repetir mediciones sucesivas de ΔV para muestras con una concentración de glucosa inferior a 5,12 nM (muestra 10), porque cuando ΔV es suficientemente pequeño, la inestabilidad del reactivo GOD-POD ya no se puede ignorar. Por consiguiente, el límite de detección para la solución de glucosa es de 5,12 nM, aunque el valor de ΔV correspondiente (0,52 µV) es mucho mayor que el valor de ruido (0,03 µV), lo que indica que aún se puede detectar un ΔV pequeño. Este límite de detección se puede mejorar aún más utilizando reactivos cromogénicos más estables.
(a) Resultados de medición para la muestra 4, (b) muestra 9 y (c) muestra 10 utilizando un fotómetro basado en MWC.
La absorbancia AMWC se puede calcular utilizando los valores medidos de Vcolor, Vblank y Vdark. Para un fotodetector con una ganancia de 105, Vdark es -0,068 μV. Las mediciones para todas las muestras se pueden consultar en el material complementario. A modo de comparación, también se midieron muestras de glucosa con un espectrofotómetro y la absorbancia medida de Acuvette alcanzó un límite de detección de 0,64 µM (muestra 7), como se muestra en la Figura 10.
La relación entre absorbancia y concentración se presenta en la Figura 11. Con el fotómetro basado en MWC, se logró una mejora de 125 veces en el límite de detección en comparación con el espectrofotómetro basado en cubetas. Esta mejora es menor que la del ensayo de tinta roja debido a la escasa estabilidad del reactivo GOD-POD. También se observó un aumento no lineal de la absorbancia a bajas concentraciones.
El fotómetro basado en MWC se ha desarrollado para la detección ultrasensible de muestras líquidas. La trayectoria óptica se puede aumentar considerablemente, superando la longitud física del MWC, ya que la luz dispersada por las paredes laterales metálicas lisas y corrugadas se mantiene dentro del capilar independientemente del ángulo de incidencia. Se pueden alcanzar concentraciones tan bajas como 5,12 nM utilizando reactivos GOD-POD convencionales gracias a una nueva amplificación óptica no lineal, una rápida conmutación de muestras y la detección de glucosa. Este fotómetro compacto y económico tendrá una amplia aplicación en ciencias biológicas y monitorización ambiental para el análisis de trazas.
Como se muestra en la Figura 1, el fotómetro basado en MWC consta de un MWC de 7 cm de longitud (diámetro interior de 1,7 mm, diámetro exterior de 3,18 mm, superficie interior electropulida clase EP, capilar de acero inoxidable SUS316L), un LED de longitud de onda de 505 nm (Thorlabs M505F1), lentes (dispersión del haz de aproximadamente 6,6 grados), un fotodetector de ganancia variable (Thorlabs PDB450C) y dos conectores en T para comunicación óptica y entrada/salida de líquido. El conector en T se fabrica uniendo una placa de cuarzo transparente a un tubo de PMMA en el que se insertan y pegan firmemente los tubos MWC y PEEK (0,72 mm DI, 1,6 mm DE, Vici Valco Corp.). Se utiliza una válvula de tres vías conectada al tubo de entrada de PEEK para conmutar la muestra entrante. El fotodetector puede convertir la potencia óptica recibida P en una señal de voltaje amplificada N×V (donde V/P = 1,0 V/W a 1550 nm, y la ganancia N se puede ajustar manualmente en el rango de 10³ a 10⁷). Para simplificar, se utiliza V en lugar de N×V como señal de salida.
En comparación, también se utilizó un espectrofotómetro comercial (Agilent Technologies Cary serie 300 con fotomultiplicador de alta eficiencia R928) con una cubeta de 1,0 cm para medir la absorbancia de las muestras líquidas.
La superficie interna del corte MWC se examinó utilizando un perfilómetro óptico de superficie (ZYGO New View 5022) con una resolución vertical y lateral de 0,1 nm y 0,11 µm, respectivamente.
Todos los productos químicos (grado analítico, sin purificación adicional) se adquirieron de Sichuan Chuangke Biotechnology Co., Ltd. Los kits de prueba de glucosa incluyen glucosa oxidasa (GOD), peroxidasa (POD), 4-aminoantipirina y fenol, entre otros. La solución cromogénica se preparó mediante el método habitual GOD-POD 37.
Como se muestra en la Tabla 2, se preparó una gama de soluciones de glucosa a diversas concentraciones utilizando agua desionizada como diluyente mediante un método de dilución en serie (consulte los Materiales Suplementarios para obtener más detalles). Prepare las muestras teñidas o en blanco mezclando la solución de glucosa o agua desionizada con la solución cromogénica en una proporción de volumen fija de 3:1, respectivamente. Todas las muestras se almacenaron a 37 °C protegidas de la luz durante 10 minutos antes de la medición. En el método GOD-POD, las muestras teñidas se tornan rojas con un máximo de absorción a 505 nm, y la absorción es casi proporcional a la concentración de glucosa.
Como se muestra en la Tabla 1, se preparó una serie de soluciones de tinta roja (Ostrich Ink Co., Ltd., Tianjin, China) mediante el método de dilución en serie utilizando agua desionizada como disolvente.
Cómo citar este artículo: Bai, M. et al. Fotómetro compacto basado en capilares de guía de onda metálica: para la determinación de concentraciones nanomolares de glucosa. The Science. 5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
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