Kiitos käynnistäsi Nature.com-sivustolla. Käyttämäsi selainversio tukee CSS:ää rajoitetusti. Parhaan käyttökokemuksen saavuttamiseksi suosittelemme käyttämään päivitettyä selainta (tai poistamaan yhteensopivuustilan käytöstä Internet Explorerissa). Sillä välin tuen jatkuvuuden varmistamiseksi renderöimme sivuston ilman tyylejä ja JavaScriptiä.
Nestemäisten näytteiden jälkianalyysillä on laaja valikoima sovelluksia biotieteissä ja ympäristön seurannassa. Tässä työssä olemme kehittäneet kompaktin ja edullisen fotometrin, joka perustuu metalli-aaltojohdinkapillaareihin (MCC) absorption ultraherkkää määrittämistä varten. Optinen matka voidaan pidentää huomattavasti ja paljon pidemmäksi kuin MCC:n fyysinen pituus, koska aallotettujen sileiden metalliseinien siroama valo voi pysyä kapillaarin sisällä tulokulmasta riippumatta. Jopa 5,12 nM:n pitoisuudet voidaan saavuttaa käyttämällä yleisiä kromogeenisiä reagensseja uuden epälineaarisen optisen vahvistuksen ja nopean näytteenvaihdon ja glukoosin havaitsemisen ansiosta.
Fotometriaa käytetään laajalti nestemäisten näytteiden jälkianalyysiin saatavilla olevien kromogeenisten reagenssien ja puolijohdeoptoelektronisten laitteiden runsauden ansiosta1,2,3,4,5. Perinteiseen kyvettipohjaiseen absorbanssin määritykseen verrattuna nestemäisten aaltojohtojen (LWC) kapillaarit heijastavat (TIR) ​​valoa pitämällä anturin valoa kapillaarin sisällä1,2,3,4,5. Ilman lisäparannuksia optinen reitti on kuitenkin vain lähellä LWC:n fyysistä pituutta3,6, ja LWC:n pituuden kasvattaminen yli 1,0 metrin kärsii voimakkaasta valon vaimenemisesta ja suuresta kuplien yms. riskistä3,7. Ehdotetun moniheijastuskennon osalta optisen reitin parantamiseksi havaitsemisraja paranee vain kertoimella 2,5–8,9.
Tällä hetkellä on olemassa kaksi päätyyppiä LWC:itä: teflon-AF-kapillaareja (joiden taitekerroin on vain ~1,3, mikä on alhaisempi kuin veden) ja piidioksidikapillaareja, jotka on päällystetty teflon-AF:llä tai metallikalvoilla1,3,4. TIR-säteilyn saavuttamiseksi dielektristen materiaalien rajapinnassa tarvitaan materiaaleja, joilla on alhainen taitekerroin ja suuret valon tulokulmat3,6,10. Teflon-AF-kapillaarien osalta teflon-AF on hengittävä huokoisen rakenteensa ansiosta3,11 ja voi absorboida pieniä määriä aineita vesinäytteistä. Ulkopuolelta teflon-AF:llä tai metallilla päällystetyillä kvartsikapillaareilla kvartsin taitekerroin (1,45) on korkeampi kuin useimmilla nestemäisillä näytteillä (esim. 1,33 vedelle)3,6,12,13. Sisäpuolelta metallikalvolla päällystettyjen kapillaarien kuljetusominaisuuksia on tutkittu14,15,16,17,18, mutta päällystysprosessi on monimutkainen ja metallikalvon pinnalla on karkea ja huokoinen rakenne4,19.
Kaupallisilla LWC-kapillaareilla (AF Teflon Coated Capillaries ja AF Teflon Coated Silica Capillaries, World Precision Instruments, Inc.) on myös joitakin muita haittoja, kuten: vikojen osalta. . TIR3,10,(2) T-liittimen (kapillaarien, kuitujen ja tulo-/lähtöputkien yhdistämiseen) suuri kuollut tilavuus voi vangita ilmakuplia10.
Samaan aikaan glukoosipitoisuuksien määrittäminen on erittäin tärkeää diabeteksen, maksakirroosin ja mielenterveysongelmien diagnosoinnissa20. ja monet havaitsemismenetelmät, kuten fotometria (mukaan lukien spektrofotometria 21, 22, 23, 24, 25 ja kolorimetria paperilla 26, 27, 28), galvanometria 29, 30, 31, fluorometria 32, 33, 34, 35, optinen polarimetria 36, ​​pintaplasmoniresonanssi 37, Fabry-Perot-ontelo 38, sähkökemia 39 ja kapillaarielektroforeesi 40,41 ja niin edelleen. Useimmat näistä menetelmistä vaativat kuitenkin kalliita laitteita, ja glukoosin havaitseminen useilla nanomolaarisilla pitoisuuksilla on edelleen haaste (esimerkiksi fotometrisissä mittauksissa 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, glukoosin alhaisimmassa pitoisuudessa). rajoitus oli vain 30 nM, kun preussinsinisiä nanopartikkeleita käytettiin peroksidaasijäljittelijöinä). Nanomolaarisia glukoosianalyysejä tarvitaan usein molekyylitason solututkimuksissa, kuten ihmisen eturauhassyövän kasvun estämisessä42 ja Prochlorococcusin CO2-sidontakäyttäytymisessä meressä.
Tässä artikkelissa kehitettiin kompakti ja edullinen metalliseen aaltojohtokapillaariin (MWC) perustuva fotometri, joka on SUS316L-ruostumattomasta teräksestä valmistettu kapillaari, jonka sisäpinta on sähkökiillotettu. Tämä kapillaari on tarkoitettu ultraherkälle absorptiomääritykselle. Koska valo voi jäädä loukkuun metallikapillaarien sisään tulokulmasta riippumatta, optista reittiä voidaan pidentää huomattavasti valon sironnan avulla aallotetuilla ja sileillä metallipinnoilla, ja se on paljon pidempi kuin MWC:n fyysinen pituus. Lisäksi optista liitäntää ja nesteen sisääntuloa/ulostuloa varten suunniteltiin yksinkertainen T-liitin kuolleen tilavuuden minimoimiseksi ja kuplien loukkuun jäämisen välttämiseksi. 7 cm:n MWC-fotometrin havaitsemisraja on noin 3000 kertaa parempi kuin kaupallisen 1 cm:n kyvetillä varustetun spektrofotometrin, mikä johtuu epälineaarisen optisen reitin ja nopean näytteenvaihdon parannuksista. Myös glukoosin havaitsemispitoisuus voidaan saavuttaa vain 5,12 nM yleisiä kromogeenisiä reagensseja käytettäessä.
Kuten kuvassa 1 on esitetty, MWC-pohjainen fotometri koostuu 7 cm pitkästä MWC:stä, jonka sisäpinta on EP-laatua oleva sähkökiillotettu, 505 nm:n linssillä varustetusta LEDistä, säädettävällä vahvistuksella varustetusta fotodetektorista ja kahdesta optista kytkentää ja nesteen syöttöä varten. Ulostulo. Pike-tuloputkeen kytkettyä kolmitieventtiiliä käytetään tulevan näytteen vaihtamiseen. Peek-putki sopii tiiviisti kvartsilevyä ja MWC:tä vasten, joten T-liittimen kuollut tilavuus pysyy minimissä ja estää tehokkaasti ilmakuplien muodostumisen. Lisäksi kollimoitu säde voidaan helposti ja tehokkaasti tuoda MWC:hen T-kappaleen kvartsilevyn kautta.
Säde ja nestemäinen näyte johdetaan MCC:hen T-kappaleen kautta, ja MCC:n läpi kulkeva säde vastaanotetaan fotodetektorilla. Värjättyjen tai tyhjien näytteiden liuokset johdettiin vuorotellen ICC:hen kolmitieventtiilin kautta. Beerin lain mukaan värillisen näytteen optinen tiheys voidaan laskea yhtälöstä. 1.10
jossa Vcolor ja Vblank ovat valoilmaisimen lähtösignaalit, kun väri- ja tyhjät näytteet syötetään MCC:hen, ja Vdark on valoilmaisimen taustasignaali, kun LED on sammutettu. Lähtösignaalin muutos ΔV = Vcolor–Vblank voidaan mitata vaihtamalla näytteitä. Yhtälön mukaan. Kuten kuvassa 1 on esitetty, jos ΔV on paljon pienempi kuin Vblank–Vdark, näytteenoton vaihtoa käytettäessä pienillä Vblank-arvon muutoksilla (esim. ajautumisella) voi olla vain vähän vaikutusta AMWC-arvoon.
MWC-pohjaisen fotometrin ja kyvettipohjaisen spektrofotometrin suorituskyvyn vertailemiseksi värinäytteenä käytettiin punaista musteliuosta sen erinomaisen värinstabiilisuuden ja hyvän pitoisuus-absorbanssilineaarisuuden vuoksi ja DI H2O:ta nollanäytteenä. Kuten taulukosta 1 käy ilmi, sarja punaisia ​​musteliuoksia valmistettiin sarjalaimennusmenetelmällä käyttäen DI H2O:ta liuottimena. Näytteen 1 (S1), laimentamattoman alkuperäisen punaisen maalin, suhteelliseksi pitoisuudeksi määritettiin 1,0. Kuvassa 2 on optisia valokuvia 11 punaisesta mustenäytteestä (S4–S14), joiden suhteelliset pitoisuudet (lueteltu taulukossa 1) vaihtelevat välillä 8,0 × 10–3 (vasen) – 8,2 × 10–10 (oikea).
Näytteen 6 mittaustulokset on esitetty kuvassa 3(a). Värjättyjen ja tyhjien näytteiden vaihtokohdat on merkitty kuvassa kaksoisnuolilla ”↔”. Voidaan nähdä, että lähtöjännite kasvaa nopeasti vaihdettaessa värinäytteistä tyhjiin näytteisiin ja päinvastoin. Vcolor, Vblank ja vastaava ΔV saadaan kuvan mukaisesti.
(a) Näytteen 6, (b) näytteen 9, (c) näytteen 13 ja (d) näytteen 14 mittaustulokset käyttäen MWC-pohjaista fotometriä.
Näytteiden 9, 13 ja 14 mittaustulokset on esitetty kuvissa 3(b)-(d). Kuten kuvassa 3(d) on esitetty, mitattu ΔV on vain 5 nV, mikä on lähes kolminkertainen kohina-arvoon (2 nV) verrattuna. Pientä ΔV:tä on vaikea erottaa kohinasta. Siten havaitsemisraja saavutti suhteellisen pitoisuuden 8,2 × 10⁻⁷ (näyte 14). Yhtälöiden 1 avulla AMWC-absorbanssi voidaan laskea mitatuista Vcolor-, Vblank- ja Vdark-arvoista. Fotodetektorilla, jonka vahvistus on 10⁻⁷, Vdark on -0,68 μV. Kaikkien näytteiden mittaustulokset on esitetty yhteenvetona taulukossa 1, ja ne löytyvät lisämateriaalista. Kuten taulukosta 1 käy ilmi, korkeilla pitoisuuksilla havaittu absorbanssi kyllästyy, joten yli 3,7:n absorbanssia ei voida mitata MWC-pohjaisilla spektrometreillä.
Vertailun vuoksi mitattiin myös punainen mustenäyte spektrofotometrillä, ja mitattu akuvetin absorbanssi on esitetty kuvassa 4. Akuvetin arvot 505 nm:ssä (kuten taulukossa 1 on esitetty) saatiin vertaamalla näytteiden 10, 11 tai 12 käyriä (kuten kuvassa 4 on esitetty) lähtökohtana. Kuten on esitetty, havaitsemisraja saavutti suhteellisen pitoisuuden 2,56 x 10-6 (näyte 9), koska näytteiden 10, 11 ja 12 absorptiokäyrät olivat erottamattomia toisistaan. Siten MWC-pohjaista fotometriä käytettäessä havaitsemisraja parani kertoimella 3125 kyvettipohjaiseen spektrofotometriin verrattuna.
Absorptio-pitoisuusriippuvuus on esitetty kuvassa 5. Kyvettimittauksissa absorbanssi on verrannollinen mustepitoisuuteen 1 cm:n valotien pituudella. MWC-pohjaisissa mittauksissa havaittiin epälineaarinen absorbanssin kasvu pienillä pitoisuuksilla. Beerin lain mukaan absorbanssi on verrannollinen optisen reitin pituuteen, joten absorptiovahvistus AEF (määriteltynä AEF = AMWC/akuvetti samalla mustepitoisuudella) on MWC:n suhde kyvetin optiseen reitin pituuteen. Kuten kuvassa 5 on esitetty, suurilla pitoisuuksilla vakio AEF on noin 7,0, mikä on kohtuullista, koska MWC:n pituus on täsmälleen 7 kertaa 1 cm:n kyvetin pituus. Alhaisilla pitoisuuksilla (suhteellinen pitoisuus <1,28 × 10-5) AEF kuitenkin kasvaa pitoisuuden pienentyessä ja saavuttaisi arvon 803, kun suhteellinen pitoisuus olisi 8,2 × 10-10, ekstrapoloimalla kyvettipohjaisen mittauksen käyrä. Alhaisilla pitoisuuksilla (suhteellinen pitoisuus <1,28 × 10-5) AEF kuitenkin kasvaa pitoisuuden pienentyessä ja saavuttaisi arvon 803, kun suhteellinen pitoisuus olisi 8,2 × 10-10, ekstrapoloimalla kyvettipohjaisen mittauksen käyrä. Однако при низких концентрациях (относительная концентрация <1,28 × 10–5) AEF увеличивается с уменьтрацеменьтрацем может достигать значения 803 при относительной концентрации 8,2 × 10–10 при экстраполяции кривой измеорения kuolevat Alhaisilla pitoisuuksilla (suhteellinen pitoisuus <1,28 × 10–5) AEF kuitenkin kasvaa pitoisuuden pienentyessä ja voi saavuttaa arvon 803 suhteellisella pitoisuudella 8,2 × 10–10, kun se ekstrapoloidaan kyvettipohjaisesta mittauskäyrästä.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，在相关浺0.122.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 而伔 夨 幚 伔基于 比色皿 测量 曲线 ， 在 浓度 为 8,2 × 10-10 时 达到 达到 㾾到 达到 㾾到 达到 达到 达到 辂线 8 辂线 Однако при низких концентрациях (релевантные концентрации < 1,28 × 10-5) и при экстраполяции кривой измерения на основе кюветы она достигает значения относительной концентрации 3,1 × 80100 8,2. Alhaisilla pitoisuuksilla (merkitykselliset pitoisuudet < 1,28 × 10-5) AED kuitenkin kasvaa pitoisuuden pienentyessä, ja kyvettipohjaisesta mittauskäyrästä ekstrapoloituna se saavuttaa suhteellisen pitoisuusarvon 8,2 × 10–10 803.Tämä johtaa vastaavaan 803 cm:n optiseen reittiin (AEF × 1 cm), joka on paljon pidempi kuin MWC:n fyysinen pituus ja jopa pidempi kuin pisin kaupallisesti saatavilla oleva LWC (500 cm, World Precision Instruments, Inc.). Doko Engineering LLC:n pituus on 200 cm. Tätä epälineaarista absorption kasvua LWC:ssä ei ole aiemmin raportoitu.
Kuvassa 6(a)-(c) on esitetty MWC-osan sisäpinnan optinen kuva, mikroskooppikuva ja optinen profilointikuva. Kuten kuvassa 6(a) on esitetty, sisäpinta on sileä ja kiiltävä, voi heijastaa näkyvää valoa ja on erittäin heijastava. Kuten kuvassa 6(b) on esitetty, metallin muodonmuutosherkkyyden ja kiteisen luonteen vuoksi sileälle pinnalle ilmestyy pieniä mesoja ja epätasaisuuksia. Pienen alueen (<5 μm × 5 μm) vuoksi useimpien pintojen karheus on alle 1,2 nm (kuva 6(c)). Pienellä alueella (<5 μm × 5 μm) useimpien pintojen karheus on alle 1,2 nm (kuva 6(c)). Ввиду малой площади (<5 мкм×5 мкм) шероховатость большей части поверхности составляет менее 1,2 нм (). Pienen pinta-alan (<5 µm × 5 µm) vuoksi suurimman osan pinnan karheus on alle 1,2 nm (kuva 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 (6ври). Pienen pinta-alan (<5 µm × 5 µm) huomioon ottaen useimpien pintojen karheus on alle 1,2 nm (kuva 6(c)).
(a) Optinen kuva, (b) mikroskooppikuva ja (c) MWC-leikkauksen sisäpinnan optinen kuva.
Kuten kuvassa 7(a) on esitetty, kapillaarin optinen reitti LOP määräytyy tulokulman θ perusteella (LOP = LC/sinθ, jossa LC on kapillaarin fyysinen pituus). Teflon AF -kapillaareissa, jotka on täytetty DI H2O:lla, tulokulman on oltava suurempi kuin kriittinen kulma 77,8°, joten LOP on alle 1,02 × LC ilman lisäparannuksia3.6. Mikroaaltouunissa (MWC) valon rajoittuminen kapillaarin sisään on riippumaton taitekertoimesta tai tulokulmasta, joten tulokulman pienentyessä valon reitti voi olla paljon pidempi kuin kapillaarin pituus (LOP » LC). Kuten kuvassa 7(b) on esitetty, aallotettu metallipinta voi aiheuttaa valonsirontaa, mikä voi suuresti lisätä optista reittiä.
Näin ollen MWC:llä on kaksi valoreittiä: suora valo ilman heijastuksia (LOP = LC) ja sahamainen valo, jossa on useita heijastuksia sivuseinien välistä (LOP » LC). Beerin lain mukaan läpäisseen suoran ja siksak-valon intensiteetti voidaan ilmaista muodossa PS×exp(-α×LC) ja PZ×exp(-α×LOP), jossa vakio α on absorptiokerroin, joka riippuu kokonaan musteen pitoisuudesta.
Suurikonsentraattisella musteella (esim. vastaava konsentraatio >1,28 × 10-5) siksak-valo vaimenee voimakkaasti ja sen intensiteetti on paljon pienempi kuin suoran valon suuren absorptiokerroimen ja paljon pidemmän optisen matkan vuoksi. Suurikonsentraattisella musteella (esim. vastaava konsentraatio >1,28 × 10-5) siksak-valo vaimenee voimakkaasti ja sen intensiteetti on paljon pienempi kuin suoran valon suuren absorptiokerroimen ja paljon pidemmän optisen matkan vuoksi. Для чернил с высокой концентрацией (например, относительная концентрация >1,28 × 10-5) зигзагообразный тугзагообразный свигзагообразный его интенсивность намного ниже, чем у прямого света, из-за большого коэффициента поглощения и гораздо более длинного оптического излучения. Suurikonsentraattisella musteella (esim. suhteellinen konsentraatio >1,28×10-5) siksak-valo vaimenee voimakkaasti ja sen intensiteetti on paljon pienempi kuin suoran valon suuren absorptiokerroimen ja paljon pidemmän optisen emission vuoksi.seurata.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 亦 二 厈 大直光 ， 这 是 吸收 系数 大 光学 时间 更。。。 长 长 长 长 鿿 长 长 长 长 长 长 长Для чернил с высокой концентрацией (например, релевантные концентрации >1,28×10-5) зигзагообразный светие ослабляется, и его интенсивность намного ниже, чем у прямого света из-за большого коэффицигниента по более длительного оптического времени. Suurikonsentraattisilla musteilla (esim. relevantit konsentraatiot >1,28×10-5) siksak-valo vaimenee merkittävästi ja sen intensiteetti on paljon pienempi kuin suoran valon suuren absorptiokerroimen ja pidemmän optisen ajan vuoksi.pieni tie.Siten suora valo hallitsi absorbanssin määritystä (LOP = LC) ja AEF pidettiin vakiona noin 7,0:ssa. Sitä vastoin, kun absorptiokerroin pienenee mustepitoisuuden laskiessa (esim. vastaava pitoisuus <1,28 × 10-5), siksak-valon intensiteetti kasvaa nopeammin kuin suoran valon, ja tällöin siksak-valolla alkaa olla tärkeämpi rooli. Sitä vastoin, kun absorptiokerroin pienenee mustepitoisuuden laskiessa (esim. vastaava pitoisuus <1,28 × 10-5), siksak-valon intensiteetti kasvaa nopeammin kuin suoran valon, ja tällöin siksak-valolla alkaa olla tärkeämpi rooli. Напротив, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чернил (напримноясир, тольноясир концентрация <1,28 × 10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличивается быстрее, чем у прямота, смвезата, света начинает играть зигзагообразный свет. Päinvastoin, kun absorptiokerroin pienenee mustepitoisuuden laskiessa (esimerkiksi suhteellinen pitoisuus <1,28 × 10-5), siksak-valon intensiteetti kasvaa nopeammin kuin suoran valon, ja sitten siksak-valo alkaa soida.tärkeämpi rooli.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觴肜用一个更相反 ， 当 吸收 系数 随着 墨水 的 降低 而 降低 时 例如 例如 ， 榵 庌 浓庌 相度 浓庌 浓庌 时. 10-5） ， 字形光 的 强度 比 增加 得 更 ， 然后 z 字形光 发挥 作用 采 踪 万 一更 更 更 更 更 更 更 更 HI的角色. И наоборот, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чернил (напристовую, чернил) концентрация < 1,28×10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличивается быстрее, чем прямогда, итом зигзагообразный свет начинает играть более важную роль. Käänteisesti, kun absorptiokerroin pienenee mustepitoisuuden laskiessa (esimerkiksi vastaava pitoisuus < 1,28 × 10-5), siksak-valon intensiteetti kasvaa nopeammin kuin suoran valon, ja sitten siksak-valolla alkaa olla tärkeämpi rooli.roolihahmo.Siksi sahakuvioisen optisen reitin (LOP » LC) ansiosta AEF:ää voidaan nostaa paljon enemmän kuin 7,0. MWC:n tarkat valonläpäisyominaisuudet voidaan saada käyttämällä aaltoputkimooditeoriaa.
Optisen reitin parantamisen lisäksi nopea näytteenvaihto auttaa myös saavuttamaan erittäin alhaiset havaitsemisrajat. MCC:n pienen tilavuuden (0,16 ml) vuoksi liuosten vaihtamiseen MCC:ssä tarvittava aika voi olla alle 20 sekuntia. Kuten kuvassa 5 on esitetty, AMWC:n pienin havaittava arvo (2,5 × 10–4) on neljä kertaa pienempi kuin Acuvetten (1,0 × 10–3). Virtaavan liuoksen nopea vaihto kapillaarissa vähentää järjestelmäkohinan (esim. ajautumisen) vaikutusta absorbanssieron tarkkuuteen verrattuna kyvetissä olevaan retentioliuokseen. Esimerkiksi, kuten kuvassa 3(b)-(d) on esitetty, ΔV voidaan helposti erottaa ajautumissignaalista, joka johtuu nopeasta näytteenvaihdosta pienitilavuuksisessa kapillaarissa.
Kuten taulukossa 2 on esitetty, erilaisia ​​glukoosiliuoksia eri pitoisuuksina valmistettiin käyttäen deionisoitua vettä (DI H2O) liuottimena. Värjätyt tai nollanäytteet valmistettiin sekoittamalla glukoosiliuosta tai deionisoitua vettä glukoosioksidaasin (GOD) ja peroksidaasin (POD) 37 kromogeenisiin liuoksiin kiinteässä tilavuussuhteessa 3:1. Kuvassa 8 on optisia valokuvia yhdeksästä värjätystä näytteestä (S2-S10), joiden glukoosipitoisuudet vaihtelivat 2,0 mM:sta (vasen) 5,12 nM:ään (oikea). Punoitus vähenee glukoosipitoisuuden laskiessa.
Näytteiden 4, 9 ja 10 mittaustulokset MWC-pohjaisella fotometrillä on esitetty kuvissa 9(a)-(c). Kuten kuvassa 9(c) on esitetty, mitattu ΔV muuttuu epävakaammaksi ja kasvaa hitaasti mittauksen aikana, kun itse GOD-POD-reagenssin väri (jopa ilman glukoosilisäystä) muuttuu hitaasti valossa. Näin ollen peräkkäisiä ΔV-mittauksia ei voida toistaa näytteille, joiden glukoosipitoisuus on alle 5,12 nM (näyte 10), koska kun ΔV on riittävän pieni, GOD-POD-reagenssin epävakautta ei voida enää jättää huomiotta. Siksi glukoosiliuoksen havaitsemisraja on 5,12 nM, vaikka vastaava ΔV-arvo (0,52 µV) on paljon suurempi kuin kohina-arvo (0,03 µV), mikä osoittaa, että pieni ΔV voidaan silti havaita. Tätä havaitsemisrajaa voidaan parantaa edelleen käyttämällä vakaampia kromogeenisiä reagensseja.
(a) Näytteen 4, (b) näytteen 9 ja (c) näytteen 10 mittaustulokset käyttäen MWC-pohjaista fotometriä.
AMWC-absorbanssi voidaan laskea käyttämällä mitattuja Vcolor-, Vblank- ja Vdark-arvoja. Fotodetektorilla, jonka vahvistus on 105, Vdark on -0,068 μV. Kaikkien näytteiden mittaukset voidaan asettaa lisämateriaalissa. Vertailun vuoksi glukoosinäytteet mitattiin myös spektrofotometrillä, ja Acuvetten mitattu absorbanssi saavutti havaitsemisrajan 0,64 µM (näyte 7), kuten kuvassa 10 on esitetty.
Absorbanssin ja konsentraation välinen suhde on esitetty kuvassa 11. MWC-pohjaisella fotometrillä saavutettiin 125-kertainen parannus havaitsemisrajassa kyvettipohjaiseen spektrofotometriin verrattuna. Tämä parannus on pienempi kuin punaisella musteella tehdyssä määrityksessä GOD-POD-reagenssin heikon stabiilisuuden vuoksi. Myös absorbanssin epälineaarinen kasvu havaittiin alhaisilla pitoisuuksilla.
MWC-pohjainen fotometri on kehitetty nestemäisten näytteiden erittäin herkkään havaitsemiseen. Optinen matka voidaan pidentää huomattavasti ja paljon pidemmäksi kuin MWC:n fyysinen pituus, koska aallotettujen sileiden metalliseinien siroama valo voidaan pitää kapillaarin sisällä tulokulmasta riippumatta. Jopa 5,12 nM:n pitoisuudet voidaan saavuttaa perinteisillä GOD-POD-reagensseilla uuden epälineaarisen optisen vahvistuksen ja nopean näytteenvaihdon sekä glukoosin havaitsemisen ansiosta. Tätä kompaktia ja edullista fotometriä käytetään laajalti biotieteissä ja ympäristön seurannassa jälkianalyysiin.
Kuten kuvassa 1 on esitetty, MWC-pohjainen fotometri koostuu 7 cm pitkästä MWC:stä (sisähalkaisija 1,7 mm, ulkohalkaisija 3,18 mm, EP-luokan sähkökiillotettu sisäpinta, SUS316L ruostumattomasta teräksestä valmistettu kapillaari), 505 nm:n aallonpituuden LEDistä (Thorlabs M505F1) ja linsseistä (säteen leviäminen noin 6,6 astetta), säädettävästä fotodetektorista (Thorlabs PDB450C) ja kahdesta T-liittimestä optista tiedonsiirtoa ja nesteen sisään-/ulosvirtausta varten. T-liitin on valmistettu liimaamalla läpinäkyvä kvartsilevy PMMA-putkeen, johon MWC- ja Peek-putket (0,72 mm sisähalkaisija, 1,6 mm ulkohalkaisija, Vici Valco Corp.) on tiiviisti työnnetty ja liimattu. Pike-tuloputkeen kytkettyä kolmitieventtiiliä käytetään tulevan näytteen vaihtamiseen. Valoilmaisin voi muuntaa vastaanotetun optisen tehon P vahvistetuksi jännitesignaaliksi N×V (jossa V/P = 1,0 V/W aallonpituudella 1550 nm, vahvistusta N voidaan säätää manuaalisesti välillä 103–107). Lyhyyden vuoksi lähtösignaalina käytetään V:tä N×V:n sijaan.
Vertailun vuoksi nestemäisten näytteiden absorbanssin mittaamiseen käytettiin myös kaupallista spektrofotometriä (Agilent Technologies Cary 300 -sarja, jossa on R928 High Efficiency Photomultiplier) ja 1,0 cm:n kyvettikyventti.
MWC-leikkauksen sisäpintaa tutkittiin optisella pintaprofilointilaitteella (ZYGO New View 5022), jonka pystysuuntainen ja sivuttaissuuntainen resoluutio oli vastaavasti 0,1 nm ja 0,11 µm.
Kaikki kemikaalit (analyyttistä laatua, ei lisäpuhdistusta) hankittiin Sichuan Chuangke Biotechnology Co., Ltd:ltä. Glukoositestipakkaukset sisältävät glukoosioksidaasia (GOD), peroksidaasia (POD), 4-aminoantipyriiniä ja fenolia jne. Kromogeeninen liuos valmistettiin tavanomaisella GOD-POD 37 -menetelmällä.
Kuten taulukossa 2 on esitetty, erilaisia ​​glukoosiliuoksia eri pitoisuuksina valmistettiin käyttäen DI H2O:ta laimennusaineena sarjalaimennusmenetelmällä (katso lisätietoja lisämateriaaleista). Värjätyt tai nollanäytteet valmistetaan sekoittamalla glukoosiliuos tai deionisoitu vesi kromogeeniseen liuokseen kiinteässä tilavuussuhteessa 3:1. Kaikkia näytteitä säilytettiin 37 °C:ssa valolta suojattuna 10 minuuttia ennen mittausta. GOD-POD-menetelmässä värjätyt näytteet muuttuvat punaisiksi ja niiden absorptiomaksimi on 505 nm:ssä, ja absorptio on lähes verrannollinen glukoosipitoisuuteen.
Kuten taulukossa 1 on esitetty, sarja punaisia ​​musteliuoksia (Ostrich Ink Co., Ltd., Tianjin, Kiina) valmistettiin sarjalaimennusmenetelmällä käyttäen DI H2O:ta liuottimena.
Artikkelin viittausohjeet: Bai, M. et al. Metallisiin aaltojohtokapillaareihin perustuva kompakti fotometri: glukoosi nanomolaaristen pitoisuuksien määrittämiseen. The Science. 5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
Dress, P. & Franke, H. Nestemäisten analyysien ja pH-arvon säädön tarkkuuden lisääminen nesteydinaaltojohteen avulla. Dress, P. & Franke, H. Nestemäisten analyysien ja pH-arvon säädön tarkkuuden lisääminen nesteydinaaltojohteen avulla.Dress, P. ja Franke, H. Nestemäisten analyysien ja pH-säädön tarkkuuden parantaminen nesteydinaaltojohtimella. 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. ja Franke, H. Nestemäisten analyysien ja pH-säädön tarkkuuden parantaminen nesteydinaaltojohtimien avulla.Vaihda tieteeseen. mittari. 68, 2167–2171 (1997).
Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ & Hansell, DA Jatkuva kolorimetrinen määritys meriveden ammoniumin jälkipitoisuuksille pitkäreittiisellä nestemäisellä aaltojohtokapillaarisolulla. Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ & Hansell, DA Jatkuva kolorimetrinen määritys meriveden ammoniumin jäänteille pitkäreittiisellä nesteaaltojohtokapillaarisolulla.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ ja Hansel, DA Meriveden ammoniumjäämien jatkuva kolorimetrinen määritys kapillaarisolua ja nesteaaltojohdinta käyttäen. 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 ja Hansel, DA Meriveden ammoniumjäämien jatkuva kolorimetrinen määritys pitkän kantaman nesteaaltojohtokapillaareja käyttäen.Kemia maaliskuussa. 96, 73–85 (2005).
Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS. Katsaus nestemäisen aaltojohdekapillaarisolun viimeaikaisiin sovelluksiin virtauspohjaisissa analyysitekniikoissa spektroskooppisten detektiomenetelmien herkkyyden parantamiseksi. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS. Katsaus nestemäisen aaltojohdekapillaarisolun viimeaikaisiin sovelluksiin virtauspohjaisissa analyysitekniikoissa spektroskooppisten detektiomenetelmien herkkyyden parantamiseksi.Pascoa, RNMJ, Toth, IV ja Rangel, AOSS. Katsaus nestemäisen aaltojohdekapillaarisolun viimeaikaisiin sovelluksiin virtausanalyysitekniikoissa spektroskooppisten havaitsemismenetelmien herkkyyden parantamiseksi. 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 最提检测 方法 的。。。 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 庵庵底 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 庵敏度 禁敏灵敏度 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 ja Rangel, AOSS. Katsaus nestemäisten aaltojohtokapillaarikennojen viimeaikaisiin sovelluksiin virtauspohjaisissa analyysimenetelmissä spektroskooppisten detektiomenetelmien herkkyyden parantamiseksi.peräaukko. Tuomioistuimen laki 739, 1–13 (2012).
Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Ag- ja AgI-kalvojen paksuuden tutkimus onttojen aaltojohteiden kapillaareissa. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Ag- ja AgI-kalvojen paksuuden tutkimus onttojen aaltojohteiden kapillaareissa.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. ja Shen J. Onttojen aaltojohteiden kapillaariputkien Ag- ja AgI-kalvojen paksuuden tutkimus. 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. Tutkimus ilmakanavan ohutkalvon Ag- ja AgI-paksuudesta.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. ja Shen J. Onttojen aaltojohtokapillaarien ohutkalvon paksuuden Ag ja AgI tutkimus.Infrapunafysiikka. Teknologia 42, 501–508 (2001).
Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Luonnonvesien fosfaatin nanomolaaristen pitoisuuksien määritys käyttäen virtausinjektiota pitkän reitin pituisella nesteaaltojohdekapillaarisolulla ja kiinteän olomuodon spektrofotometristä detektiota. Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Luonnonvesien fosfaatin nanomolaaristen pitoisuuksien määritys käyttäen virtausinjektiota pitkän reitin pituisella nesteaaltojohdekapillaarisolulla ja kiinteän olomuodon spektrofotometristä detektiota.Gimbert, LJ, Haygarth, PM ja Worsfold, PJ. Nanomolaaristen fosfaattipitoisuuksien määritys luonnonvesistä käyttämällä virtausinjektiota nesteaaltojohtokapillaarisolulla ja kiinteän olomuodon spektrofotometristä detektiota. 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 Luonnonveden fosfaattipitoisuuden määritys nestemäisellä ruiskulla ja pitkän kantaman nesteaaltojohtokapillaariputkella.Gimbert, LJ, Haygarth, PM ja Worsfold, PJ. Nanomolaarisen fosfaatin määritys luonnonvedestä käyttäen injektiovirtausta ja pitkän optisen reitin omaavaa kapillaariaaltojohtaa sekä kiinteän olomuodon spektrofotometristä detektiota.Taranta 71, 1624–1628 (2007).
Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Nestemäisten aaltojohtokapillaarikennojen lineaarisuus ja efektiivinen optinen polunpituus. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Nestemäisten aaltojohtokapillaarikennojen lineaarisuus ja efektiivinen optinen polunpituus.Belz M., Dress P., Suhitsky A. ja Liu S. Lineaarisuus ja efektiivinen optinen reitin pituus nestemäisissä aaltojohteissa kapillaarisoluissa. 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. Nestemäisen veden lineaarisuus ja efektiivinen pituus.Belz M., Dress P., Suhitsky A. ja Liu S. Lineaarinen ja efektiivinen optinen reitin pituus kapillaarisolun nesteaallossa.SPIE 3856, 271–281 (1999).
Dallas, T. & Dasgupta, PK Valoa tunnelin päässä: nesteydinaaltojohtimien viimeaikaisia ​​analyyttisiä sovelluksia. Dallas, T. & Dasgupta, PK Valoa tunnelin päässä: nesteydinaaltojohtimien viimeaikaisia ​​analyyttisiä sovelluksia.Dallas, T. ja Dasgupta, PK Valoa tunnelin päässä: nesteydinaaltojohtimien viimeaikaisia ​​analyyttisiä sovelluksia. Dallas, T. & Dasgupta, PK Valo tunnelin päässä:液芯波导的最新分析应用. Dallas, T. & Dasgupta, PK Valo tunnelin päässä:液芯波导的最新分析应用.Dallas, T. ja Dasgupta, PK Valoa tunnelin päässä: nesteydinaaltojohtimien uusin analyyttinen sovellus.TrAC, trendianalyysi. Chemical. 23, 385–392 (2004).
Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR ja McKelvie, ID Monipuolinen täydelliseen sisäiseen heijastukseen perustuva fotometrinen ilmaisinkenno virtausanalyysiin. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR ja McKelvie, ID Monipuolinen täydelliseen sisäiseen heijastukseen perustuva fotometrinen ilmaisinkenno virtausanalyysiin.Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR ja McKelvey, ID. Yleiskäyttöinen fotometrinen kokonaisheijastuskenno virtausanalyysiin. 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 ja McKelvie, IdahoEllis, PS, Gentle, BS, Grace, MR ja McKelvey, ID. Yleiskäyttöinen TIR-fotometrinen kyvetti virtausanalyysiin.Taranta 79, 830–835 (2009).
Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID Moniheijastusfotometrinen virtauskenno jokisuistovesien virtausinjektioanalyysiin. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID Moniheijastusfotometrinen virtauskenno jokisuistovesien virtausinjektioanalyysiin.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ ja McKelvey, ID. Moniheijastusfotometrinen virtauskenno jokisuistovesien virtausanalyysiin. 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 Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ ja McKelvie, Idaho.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ ja McKelvey, ID. Moniheijastusfotometrinen virtauskenno virtauksen injektointianalyysiin jokisuistovesissä.anus Chim. Acta 499, 81-89 (2003).
Pan, J.-Z., Yao, B. & Fang, Q. Nestemäisen ytimen aaltojohdeabsorptiomittaukseen perustuva kädessä pidettävä fotometri nanolitrakokoisille näytteille. Pan, J.-Z., Yao, B. & Fang, Q. Nestemäisen ytimen aaltojohdeabsorptiomittaukseen perustuva kädessä pidettävä fotometri nanolitrakokoisille näytteille.Pan, J.-Z., Yao, B. ja Fang, K. Nestemäisen ytimen aallonpituuden absorptiomittaukseen perustuva kädessä pidettävä fotometri nanolitrakokoisille näytteille. 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. Perustuu 液芯波波水水水油法的纳法手手手持光度计.Pan, J.-Z., Yao, B. ja Fang, K. Kädessä pidettävä fotometri nanomittakaavan näytteellä, joka perustuu absorption havaitsemiseen nesteydinaalloissa.peräaukon kemikaalit. 82, 3394–3398 (2010).
Zhang, J.-Z. Lisää ruiskutusvirtausanalyysin herkkyyttä käyttämällä spektrofotometriseen havaitsemiseen pitkän optisen reitin omaavaa kapillaarivirtauskennoa. anus. the science. 22, 57–60 (2006).
D'Sa, EJ & Steward, RG Nestemäisten kapillaariaaltojohtimien sovellus absorbanssispektroskopiassa (Vastaus Byrnen ja Kaltenbacherin kommenttiin). D'Sa, EJ & Steward, RG Nestemäisten kapillaariaaltojohtimien sovellus absorbanssispektroskopiassa (Vastaus Byrnen ja Kaltenbacherin kommenttiin).D'Sa, EJ ja Steward, RG Nestemäisten kapillaariaaltojohtimien sovellukset absorptiospektroskopiassa (Vastaus Byrnen ja Kaltenbacherin kommentteihin). 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 Nesteen käyttö 毛绿波波对在absorptiospektrin（回复Byrne和Kaltenbacher的评论）.D'Sa, EJ ja Steward, RG Nestemäiset kapillaariaaltojohteet absorptiospektroskopiaan (vastauksena Byrnen ja Kaltenbacherin kommentteihin).limonoli. Oceanographer. 46, 742–745 (2001).
Khijwania, SK & Gupta, BD Kuituoptinen evanesoivan kentän absorptioanturi: Kuituparametrien ja anturin geometrian vaikutus. Khijwania, SK & Gupta, BD Kuituoptinen evanesoivan kentän absorptioanturi: Kuituparametrien ja anturin geometrian vaikutus.Hijvania, SK ja Gupta, BD Kuituoptinen evanesenttikentän absorptioanturi: Kuituparametrien ja anturin geometrian vaikutus. 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, Slovakia ja Gupta, Etelä-DakotaHijvania, SK ja Gupta, BD. Häipyvän kentän absorptiokuituoptiset anturit: kuituparametrien ja anturin geometrian vaikutus.Optiikka ja kvanttielektroniikka 31, 625–636 (1999).
Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Onttojen, metallivuorattujen, aaltojohtoisten Raman-antureiden kulmaulostulo. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Onttojen, metallivuorattujen, aaltojohtoisten Raman-antureiden kulmaulostulo.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. ja Woodruff, SD. Onttojen aaltojohtoisten Raman-antureiden, joissa on metallivuoraus, kulmaulostulo. 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.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. ja Woodruff, SD Raman-anturin kulmaulostulo paljaalla metalliaaltojohtimella.hakemus valita 51, 2023-2025 (2012).
Harrington, JA Yleiskatsaus onttoihin aaltojohteisiin infrapunalähetyksessä. Kuituintegraatio. Valittavana. 19, 211–227 (2000).