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El análisis de trazas de muestras líquidas tiene una amplia gama de aplicaciones en las ciencias de la vida y la monitorización ambiental. En este trabajo, hemos desarrollado un fotómetro compacto y económico basado en capilares de guía de ondas metálicos (CCM) para la determinación ultrasensible de la absorción. El camino óptico puede ampliarse considerablemente, y ser mucho mayor que la longitud física del CCM, ya que la luz dispersada por las paredes laterales metálicas lisas y corrugadas puede contenerse dentro del capilar, independientemente del ángulo de incidencia. Se pueden alcanzar concentraciones de hasta 5,12 nM utilizando reactivos cromogénicos comunes gracias a la nueva amplificación óptica no lineal, la rápida conmutación de muestras y la detección de glucosa.
La fotometría se utiliza ampliamente para el análisis de trazas en muestras líquidas debido a la abundancia de reactivos cromogénicos y dispositivos optoelectrónicos semiconductores disponibles1,2,3,4,5. En comparación con la determinación tradicional de la absorbancia basada en cubetas, los capilares de guía de ondas líquidas (LWC) reflejan (TIR) ​​manteniendo la luz de la sonda dentro del capilar1,2,3,4,5. Sin embargo, sin mejoras adicionales, el camino óptico solo se acerca a la longitud física del LWC3,6, y aumentar la longitud del LWC por encima de 1,0 m provocará una fuerte atenuación de la luz y un alto riesgo de burbujas, etc.3, 7. Con respecto a la celda multirreflectiva propuesta para mejorar el camino óptico, el límite de detección solo se mejora en un factor de 2,5 a 8,9.
Actualmente existen dos tipos principales de LWC: los capilares de teflón AF (con un índice de refracción de tan solo ~1,3, inferior al del agua) y los 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 ángulos de incidencia de luz altos3,6,10. Con respecto a los capilares de teflón AF, este es transpirable debido a su estructura porosa3,11 y puede absorber pequeñas cantidades de sustancias en muestras de agua. Para los capilares de cuarzo recubiertos en el exterior con teflón AF o metal, el índice de refracción del cuarzo (1,45) es superior al de la mayoría de las muestras líquidas (p. ej., 1,33 para agua)3,6,12,13. Para los 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; la superficie de la película metálica tiene una estructura rugosa y porosa4,19.
Además, los capilares LWC comerciales (capilares recubiertos de teflón AF y capilares de sílice recubiertos de teflón AF, World Precision Instruments, Inc.) presentan otras desventajas, como: para fallas. El gran volumen muerto del conector TIR3,10 (2) (para conectar capilares, fibras y tubos de entrada/salida) puede atrapar burbujas de aire.
Al mismo tiempo, la determinación de los niveles de glucosa es de gran importancia para el diagnóstico de diabetes, cirrosis hepática y enfermedades mentales20. y muchos métodos de detección como la fotometría (incluyendo espectrofotometría 21, 22, 23, 24, 25 y colorimetría en papel 26, 27, 28), galvanometría 29, 30, 31, fluorometría 32, 33, 34, 35, polarimetría óptica 36, ​​resonancia de plasmón superficial. 37, cavidad de Fabry-Perot 38, electroquímica 39 y electroforesis capilar 40,41 y así sucesivamente. Sin embargo, la mayoría de estos métodos requieren equipo costoso, y la detección de glucosa a varias 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 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 ondas metálica (CGM), un capilar de acero inoxidable SUS316L con superficie interior electropulida, para la determinación ultrasensible de la absorción. Dado que la luz puede ser atrapada dentro de los capilares metálicos independientemente del ángulo de incidencia, el camino óptico se puede ampliar considerablemente mediante la dispersión de la luz en superficies metálicas corrugadas y lisas, y es mucho más largo que la longitud física del CGM. 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 la formación de burbujas. Para el fotómetro CGM de 7 cm, el límite de detección se mejora aproximadamente 3000 veces en comparación con el espectrofotómetro comercial con cubeta de 1 cm gracias a la nueva mejora del camino óptico no lineal y al cambio rápido de muestras. Además, se puede alcanzar una concentración de detección de glucosa de 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 interior electropulida de grado EP, un LED de 505 nm con lente, un fotodetector de ganancia ajustable y dos salidas para acoplamiento óptico y entrada de líquido. Una válvula de tres vías conectada al tubo de entrada Pike permite conmutar la muestra entrante. El tubo Peek se ajusta perfectamente a la placa de cuarzo y al MWC, minimizando así el volumen muerto en el conector en T, lo que evita eficazmente la acumulación de burbujas de aire. Además, el haz colimado se introduce de forma fácil y eficiente en el MWC a través de la placa de cuarzo con pieza en T.
El haz y la muestra líquida se introducen en el MCC a través de una pieza en T, y el haz que atraviesa el MCC es recibido por un fotodetector. Las soluciones entrantes de muestras teñidas o en blanco se introdujeron alternativamente en el ICC a través de una válvula de tres vías. Según la ley de Beer, la densidad óptica de una muestra coloreada se puede calcular mediante la ecuación 1.10.
Donde Vcolor y Vblanco son las señales de salida del fotodetector cuando se introducen muestras de color y blanco en el MCC, respectivamente, y Voscuro es la señal de fondo del fotodetector cuando se apaga el LED. El cambio en la señal de salida ΔV = Vcolor–Vblanco se puede medir conmutando las muestras. Según la ecuación, como se muestra en la Figura 1, si ΔV es mucho menor que Vblanco–Voscuro, al utilizar un esquema de conmutación de muestreo, pequeños cambios en Vblanco (p. ej., deriva) pueden tener poco efecto en el valor de 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 de concentración-absorbancia, con H₂O DI como muestra en blanco. Como se muestra en la Tabla 1, se prepararon una serie de soluciones de tinta roja mediante el método de dilución en serie utilizando H₂O DI 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 oscilan entre 8,0 × 10–3 (izquierda) y 8,2 × 10–10 (derecha).
Los resultados de la medición de la muestra 6 se muestran en la Fig. 3(a). Los puntos de conmutación entre muestras teñidas y muestras en blanco están marcados en la figura con flechas dobles “↔”. Se puede observar que el voltaje de salida aumenta rápidamente al cambiar de muestras de color a muestras en blanco y viceversa. Vcolor, Vblanco y el ΔV correspondiente se pueden obtener como se muestra en la figura.
(a) Resultados de la medición para la muestra 6, (b) muestra 9, (c) muestra 13 y (d) muestra 14 utilizando un fotómetro basado en MWC.
Los resultados de la 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 solo 5 nV, que es casi 3 veces el valor del 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 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 la medición para todas las muestras se resumen en la Tabla 1 y se pueden encontrar en el material complementario. Como se muestra en la Tabla 1, la absorbancia encontrada en altas concentraciones satura, por lo que la absorbancia por encima de 3,7 no se puede medir con espectrómetros basados ​​en MWC.
A modo de comparación, también se midió una muestra de tinta roja con un espectrofotómetro, y la absorbancia de Acuvette medida se muestra en la Figura 4. Los valores de Acuvette a 505 nm (como se muestra en la Tabla 1) se obtuvieron utilizando como referencia las curvas de las muestras 10, 11 o 12 (como se muestra en el recuadro). Fig. 4) como línea base. Como se muestra, el límite de detección alcanzó una concentración relativa de 2,56 x 10⁻ 6 (muestra 9) debido a que las curvas de absorción de las muestras 10, 11 y 12 eran indistinguibles entre sí. Por lo tanto, al utilizar el fotómetro basado en MWC, el límite de detección se 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. Mientras que, para mediciones basadas en MWC, se observó un aumento no lineal en la absorbancia a bajas concentraciones. Según la ley de Beer, la absorbancia es proporcional a la longitud de 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 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 de la MWC es exactamente 7 veces la longitud de una cubeta de 1 cm. Sin embargo, en concentraciones bajas (concentración relacionada <1,28 × 10-5), el AEF aumenta con la disminución de la concentración y alcanzaría un valor de 803 en una concentración relacionada de 8,2 × 10-10 extrapolando la curva de medición basada en cubeta. Sin embargo, en concentraciones bajas (concentración relacionada <1,28 × 10-5), el AEF aumenta con la disminución de la concentración y alcanzaría un valor de 803 en una concentración relacionada de 8,2 × 10-10 extrapolando la curva de medición basada en cubeta. 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 con la disminución de 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, en concentraciones bajas (concentraciones relevantes < 1,28 × 10-5) la AED aumenta con la disminución de la concentración y, cuando se extrapola a partir de una curva de medición basada en cubeta, 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 el LWC más largo disponible comercialmente (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 previamente.
Las figuras 6(a)-(c) muestran una imagen óptica, una imagen microscópica y una imagen de perfilador óptico de la superficie interna de la sección de MWC, respectivamente. Como se muestra en la figura 6(a), la superficie interna es lisa y brillante, puede reflejar la luz visible y es altamente reflectante. 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 del área pequeña (<5 μm × 5 μm), la rugosidad de la mayoría de las superficies es inferior a 1,2 nm (Fig. 6(c)). En vista de un área pequeña (<5 μm × 5 μm), la rugosidad de la mayoría de las superficies es inferior 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 al área pequeña (<5 µm × 5 µm), la rugosidad de la mayor parte de la superficie es inferior 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 de MWC.
Como se muestra en la fig. 7(a), el LOP del camino óptico 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 DI H₂O, el ángulo de incidencia debe ser mayor que el ángulo crítico de 77,8°, por lo que el LOP es menor que 1,02 × LC sin mayor mejora3.6. 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 disminuye el ángulo de incidencia, el camino de la luz puede ser mucho más largo que la longitud del capilar (LOP » LC). Como se muestra en la fig. 7(b), la superficie metálica corrugada puede inducir dispersión de la luz, lo que puede aumentar considerablemente el camino óptico.
Por lo tanto, existen dos trayectorias de luz para la MWC: luz directa sin reflexión (LOP = LC) y luz en diente de sierra con múltiples reflexiones entre las paredes laterales (LOP » LC). Según la ley de Beer, la intensidad de la luz transmitida, directa y en zigzag, 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.
En el caso de tinta de alta concentración (por ejemplo, concentración relacionada >1,28 × 10-5), la luz en zigzag está muy atenuada y su intensidad es mucho menor que la de la luz recta, debido al gran coeficiente de absorción y a su recorrido óptico mucho más largo. En el caso de tinta de alta concentración (por ejemplo, concentración relacionada >1,28 × 10-5), la luz en zigzag está muy atenuada y su intensidad es mucho menor que la de la luz recta, debido al gran coeficiente de absorción y a su recorrido óptico mucho más largo. 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 коэфифициента поглощения и гораздо больее длинного óptico ilustración. En el caso de tinta de alta concentración (por ejemplo, concentración relativa >1,28×10-5), la luz en zigzag se atenúa fuertemente y su intensidad es mucho menor que la de la luz directa debido al gran coeficiente de absorción y a la emisión óptica mucho más prolongada.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 коэффициента поглощения и более длительного оптического времени. Para 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 gran coeficiente de absorción y al mayor tiempo óptico.pequeño caminoDe esta forma, 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 a medida que disminuye 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 luego la luz en zigzag comienza a desempeñar un papel más importante. Por el contrario, cuando el coeficiente de absorción disminuye a medida que disminuye 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 luego 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); 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, la luz en zigzag comienza a reproducirse.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 коэфифициент 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 rollo vazhnuy. 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, gracias a la trayectoria óptica en diente de sierra (LOP » LC), el AEF puede aumentarse considerablemente más de 7.0. Las características precisas de transmisión de luz del MWC pueden obtenerse mediante la teoría de modos de guía de ondas.
Además de mejorar la trayectoria óptica, el cambio rápido de muestra también contribuye a límites de detección ultrabajos. Debido al pequeño volumen de MCC (0,16 ml), el tiempo necesario para cambiar y 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 (p. ej., 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 fig. 3(b)-(d), ΔV se puede distinguir fácilmente de una señal de deriva debido al cambio rápido de muestra en el capilar de pequeño volumen.
Como se muestra en la Tabla 2, se prepararon diversas soluciones de glucosa a diversas concentraciones utilizando H₂O DI como disolvente. Las muestras teñidas o en blanco se prepararon mezclando solución de glucosa o agua desionizada con soluciones cromogénicas de glucosa oxidasa (GOD) y peroxidasa (POD) 37 en una proporción volumétrica fija de 3:1, respectivamente. La figura 8 muestra fotografías ópticas de nueve muestras teñidas (S2-S10) con concentraciones de glucosa que oscilan entre 2,0 mM (izquierda) y 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 Figs. 9(a)-(c), respectivamente. Como se muestra en la fig. 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, las mediciones sucesivas de ΔV no pueden repetirse para muestras con una concentración de glucosa inferior a 5,12 nM (muestra 10), porque cuando ΔV es lo suficientemente pequeño, la inestabilidad del reactivo GOD-POD ya no puede despreciarse. Por lo tanto, 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 puede mejorarse 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, Vblanco y Voscuridad. Para un fotodetector con una ganancia de 10⁻¹, Voscuridad es de -0,068 μV. Las mediciones de todas las muestras se pueden configurar 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 la absorbancia y la 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 cubeta. Esta mejora es menor que con el ensayo de tinta roja debido a la baja 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. El camino óptico se puede ampliar considerablemente y alcanzar una longitud mucho mayor que la del MWC, ya que la luz dispersada por las paredes metálicas lisas y corrugadas puede contenerse dentro del capilar, independientemente del ángulo de incidencia. Se pueden alcanzar concentraciones de hasta 5,12 nM utilizando reactivos GOD-POD convencionales gracias a la nueva amplificación óptica no lineal, la rápida conmutación de muestras y la detección de glucosa. Este fotómetro compacto y económico se utilizará ampliamente en ciencias de la vida 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: 1,7 mm, diámetro exterior: 3,18 mm, superficie interior electropulida de clase EP, capilar de acero inoxidable SUS316L), un LED de longitud de onda de 505 nm (Thorlabs M505F1), lentes (extensión 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 tubos de MWC y Peek (0,72 mm de diámetro interior, 1,6 mm de diámetro exterior, Vici Valco Corp.). Una válvula de tres vías conectada al tubo de entrada Pike se utiliza 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; la ganancia N puede ajustarse manualmente en un rango de 10⁻¹ a 10⁻¹). Para simplificar, se utiliza V en lugar de N×V como señal de salida.
En comparación, también se utilizó un espectrofotómetro comercial (Agilent Technologies serie Cary 300 con fotomultiplicador de alta eficiencia R928) con una cubeta de 1,0 cm para medir la absorbancia de muestras líquidas.
La superficie interna del corte de MWC se examinó utilizando un perfilador de superficie óptico (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, etc. La solución cromogénica se preparó mediante el método habitual GOD-POD 37.
Como se muestra en la Tabla 2, se prepararon diversas soluciones de glucosa a diversas concentraciones utilizando H₂O DI como diluyente mediante un método de dilución seriada (véase el Material Suplementario para más detalles). Las muestras teñidas o en blanco se preparan mezclando solución de glucosa o agua desionizada con solución cromogénica en una proporción volumétrica 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 usando DI H2O como solvente.
Cómo citar este artículo: Bai, M. et al. Fotómetro compacto basado en capilares de guía de ondas metálicas: para la determinación de concentraciones nanomolares de glucosa. The Science. 5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
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