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L'analyse de traces d'échantillons liquides a de nombreuses applications dans les sciences de la vie et la surveillance environnementale. Dans ce travail, nous avons développé un photomètre compact et peu coûteux basé sur des capillaires à guide d'ondes métalliques (CEM) pour la détermination ultrasensible de l'absorption. Le chemin optique peut être considérablement augmenté, et bien plus long que la longueur physique du CEM, car la lumière diffusée par les parois métalliques lisses et ondulées peut être contenue dans le capillaire, quel que soit l'angle d'incidence. Des concentrations aussi faibles que 5,12 nM peuvent être obtenues avec des réactifs chromogènes courants grâce à une nouvelle amplification optique non linéaire, à une commutation rapide des échantillons et à la détection du glucose.
Français La photométrie est largement utilisée pour l'analyse de traces d'échantillons liquides en raison de l'abondance de réactifs chromogènes et de dispositifs optoélectroniques à semi-conducteurs disponibles1,2,3,4,5. Par rapport à la détermination traditionnelle de l'absorbance par cuvette, les capillaires à guide d'ondes liquide (LWC) réfléchissent (TIR) ​​en gardant la lumière de la sonde à l'intérieur du capillaire1,2,3,4,5. Cependant, sans amélioration supplémentaire, le chemin optique n'est proche que de la longueur physique du LWC3.6, et l'augmentation de la longueur du LWC au-delà de 1,0 m souffrira d'une forte atténuation de la lumière et d'un risque élevé de bulles, etc.3, 7. En ce qui concerne la cellule multi-réflexion proposée pour les améliorations du chemin optique, la limite de détection n'est améliorée que d'un facteur de 2,5 à 8,9.
Il existe actuellement deux principaux types de LWC, à savoir les capillaires en Téflon AF (ayant un indice de réfraction d'environ 1,3 seulement, inférieur à celui de l'eau) et les capillaires en silice recouverts de Téflon AF ou de films métalliques1,3,4. Pour obtenir une TIR à l'interface entre les matériaux diélectriques, des matériaux à faible indice de réfraction et à angles d'incidence de la lumière élevés sont nécessaires3,6,10. En ce qui concerne les capillaires en Téflon AF, ce dernier est respirant grâce à sa structure poreuse3,11 et peut absorber de petites quantités de substances dans les échantillons d'eau. Pour les capillaires en quartz recouverts extérieurement de Téflon AF ou de métal, l'indice de réfraction du quartz (1,45) est supérieur à celui de la plupart des échantillons liquides (par exemple 1,33 pour l'eau)3,6,12,13. Pour les capillaires recouverts d'un film métallique à l'intérieur, les propriétés de transport ont été étudiées14,15,16,17,18, mais le processus de revêtement est compliqué, la surface du film métallique a une structure rugueuse et poreuse4,19.
De plus, les LWC commerciaux (capillaires revêtus de téflon AF et capillaires en silice revêtus de téflon AF, World Precision Instruments, Inc.) présentent d'autres inconvénients, tels que : les défauts. . Le grand volume mort du connecteur en T TIR3,10, (2) (pour connecter les capillaires, les fibres et les tubes d'entrée/sortie) peut piéger des bulles d'air10.
Français Dans le même temps, la détermination des niveaux de glucose est d'une grande importance pour le diagnostic du diabète, de la cirrhose du foie et des maladies mentales20. et de nombreuses méthodes de détection telles que la photométrie (y compris la spectrophotométrie 21, 22, 23, 24, 25 et la colorimétrie sur papier 26, 27, 28), la galvanométrie 29, 30, 31, la fluorométrie 32, 33, 34, 35, la polarimétrie optique 36, la résonance plasmonique de surface 37, la cavité de Fabry-Perot 38, l'électrochimie 39 et l'électrophorèse capillaire 40,41, etc. Cependant, la plupart de ces méthodes nécessitent un équipement coûteux et la détection du glucose à plusieurs concentrations nanomolaires reste un défi (par exemple, pour les mesures photométriques21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, la plus faible concentration de glucose). la limitation n'était que de 30 nM lorsque les nanoparticules de bleu de Prusse étaient utilisées comme imitateurs de la peroxydase. Des analyses de glucose nanomolaires sont souvent nécessaires pour des études cellulaires au niveau moléculaire telles que l'inhibition de la croissance du cancer de la prostate humaine42 et le comportement de fixation du CO2 de Prochlorococcus dans l'océan.
Dans cet article, un photomètre compact et économique basé sur un capillaire guide d'ondes métallique (MWC), un capillaire en acier inoxydable SUS316L à surface interne électropolie, a été développé pour la détermination ultrasensible de l'absorption. La lumière pouvant être piégée à l'intérieur des capillaires métalliques quel que soit l'angle d'incidence, le chemin optique peut être considérablement augmenté par diffusion de la lumière sur des surfaces métalliques ondulées et lisses, et est bien plus long que la longueur physique du MWC. De plus, un simple connecteur en T a été conçu pour la connexion optique et l'entrée/sortie de fluide afin de minimiser le volume mort et d'éviter le piégeage de bulles. Pour le photomètre MWC de 7 cm, la limite de détection est améliorée d'environ 3 000 fois par rapport au spectrophotomètre commercial avec cuvette de 1 cm grâce à la nouvelle amélioration du chemin optique non linéaire et à la commutation rapide des échantillons. La concentration de glucose détectée peut également être atteinte à seulement 5,12 nM avec des réactifs chromogènes courants.
Comme le montre la figure 1, le photomètre à MWC se compose d'un MWC de 7 cm de long avec une surface intérieure électropolie de qualité EP, d'une LED de 505 nm avec lentille, d'un photodétecteur à gain réglable et de deux dispositifs pour le couplage optique et l'entrée de liquide. Sortie. Une vanne trois voies connectée au tube d'entrée Pike permet de commuter l'échantillon entrant. Le tube Peek s'adapte parfaitement à la plaque de quartz et au MWC, réduisant ainsi le volume mort dans le connecteur en T, empêchant ainsi la formation de bulles d'air. De plus, le faisceau collimaté peut être introduit facilement et efficacement dans le MWC via la plaque de quartz en T.
Le faisceau et l'échantillon liquide sont introduits dans le MCC par un raccord en T, et le faisceau traversant le MCC est reçu par un photodétecteur. Les solutions d'échantillons colorés ou blancs sont introduites alternativement dans l'ICC par une vanne trois voies. Selon la loi de Beer, la densité optique d'un échantillon coloré peut être calculée à partir de l'équation 1.10.
Où Vcolor et Vblank sont les signaux de sortie du photodétecteur lorsque les échantillons couleur et blanc sont respectivement introduits dans le MCC, et Vdark est le signal de fond du photodétecteur lorsque la LED est éteinte. La variation du signal de sortie ΔV = Vcolor–Vblank peut être mesurée en commutant les échantillons. Selon l'équation. Comme illustré à la figure 1, si ΔV est bien inférieur à Vblank–Vdark, lors de l'utilisation d'un schéma de commutation d'échantillonnage, de faibles variations de Vblank (par exemple, une dérive) peuvent avoir peu d'effet sur la valeur AMWC.
Français Pour comparer les performances du photomètre à base de MWC avec le spectrophotomètre à base de cuvette, une solution d'encre rouge a été utilisée comme échantillon de couleur en raison de son excellente stabilité de couleur et de sa bonne linéarité concentration-absorbance, DI H2O comme échantillon à blanc. . Comme le montre le tableau 1, une série de solutions d'encre rouge ont été préparées par la méthode de dilution en série en utilisant DI H2O comme solvant. La concentration relative de l'échantillon 1 (S1), peinture rouge d'origine non diluée, a été déterminée comme étant de 1,0. Sur la fig. La figure 2 montre des photographies optiques de 11 échantillons d'encre rouge (S4 à S14) avec des concentrations relatives (énumérées dans le tableau 1) allant de 8,0 × 10–3 (à gauche) à 8,2 × 10–10 (à droite).
Les résultats de mesure pour l'échantillon 6 sont présentés dans la figure 3(a). Les points de commutation entre les échantillons colorés et les échantillons blancs sont indiqués par des doubles flèches « ↔ ». On constate que la tension de sortie augmente rapidement lors du passage des échantillons colorés aux échantillons blancs et inversement. Vcouleur, Vblanc et les ΔV correspondants peuvent être obtenus comme indiqué sur la figure.
(a) Résultats de mesure pour l'échantillon 6, (b) l'échantillon 9, (c) l'échantillon 13 et (d) l'échantillon 14 à l'aide d'un photomètre basé sur MWC.
Français Les résultats de mesure pour les échantillons 9, 13 et 14 sont présentés dans les figures 3(b) à (d), respectivement. Comme le montre la figure 3(d), le ΔV mesuré n'est que de 5 nV, ce qui est presque trois fois la valeur du bruit (2 nV). Un petit ΔV est difficile à distinguer du bruit. Ainsi, la limite de détection a atteint une concentration relative de 8,2 × 10-10 (échantillon 14). À l'aide des équations. 1. L'absorbance AMWC peut être calculée à partir des valeurs mesurées de Vcolor, Vblank et Vdark. Pour un photodétecteur avec un gain de 104, Vdark est de -0,68 μV. Les résultats de mesure pour tous les échantillons sont résumés dans le tableau 1 et peuvent être trouvés dans le matériel supplémentaire. Comme le montre le tableau 1, l'absorbance trouvée à des concentrations élevées sature, de sorte qu'une absorbance supérieure à 3,7 ne peut pas être mesurée avec des spectromètres basés sur MWC.
Français À titre de comparaison, un échantillon d'encre rouge a également été mesuré avec un spectrophotomètre et l'absorbance Acuvette mesurée est présentée dans la Figure 4. Les valeurs Acuvette à 505 nm (comme indiqué dans le Tableau 1) ont été obtenues en se référant aux courbes des échantillons 10, 11 ou 12 (comme indiqué dans l'encart de la Fig. 4) comme ligne de base. Comme indiqué, la limite de détection a atteint une concentration relative de 2,56 x 10-6 (échantillon 9) car les courbes d'absorption des échantillons 10, 11 et 12 étaient indiscernables les unes des autres. Ainsi, lors de l'utilisation du photomètre à base de MWC, la limite de détection a été améliorée d'un facteur 3125 par rapport au spectrophotomètre à base de cuvette.
La dépendance absorption-concentration est présentée dans la figure 5. Pour les mesures en cuvette, l'absorbance est proportionnelle à la concentration d'encre pour un trajet optique de 1 cm. En revanche, pour les mesures basées sur la CMM, une augmentation non linéaire de l'absorbance a été observée à faibles concentrations. Selon la loi de Beer, l'absorbance est proportionnelle à la longueur du trajet optique ; le gain d'absorption AEF (défini comme AEF = CMM/Acuvette à la même concentration d'encre) est donc le rapport entre la CMM et la longueur du trajet optique de la cuvette. Comme le montre la figure 5, à fortes concentrations, la constante AEF est d'environ 7,0, ce qui est raisonnable puisque la longueur de la CMM est exactement 7 fois celle d'une cuvette de 1 cm. Cependant, à de faibles concentrations (concentration relative < 1,28 × 10-5 ), l'AEF augmente avec la diminution de la concentration et atteindrait une valeur de 803 à une concentration relative de 8,2 × 10-10 en extrapolant la courbe de mesure basée sur la cuvette. Cependant, à de faibles concentrations (concentration relative < 1,28 × 10-5 ), l'AEF augmente avec la diminution de la concentration et atteindrait une valeur de 803 à une concentration relative de 8,2 × 10-10 en extrapolant la courbe de mesure basée sur la cuvette. Однако при низких концентрациях (относительная концентрация <1,28 × 10–5) AEF увеличивается уменьшением концентрации и может transmettre значения 803 при относительной концентрации 8,2 × 10–10 при экстраполяции кривой измерения на основе кюветы. Cependant, à de faibles concentrations (concentration relative < 1,28 × 10–5), l'AEF augmente avec la diminution de la concentration et peut atteindre une valeur de 803 à une concentration relative de 8,2 × 10–10 lorsqu'elle est extrapolée à partir d'une courbe de mesure basée sur une cuvette.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 уменьшением концентрации, и при 803 . Cependant, à de faibles concentrations (concentrations pertinentes < 1,28 × 10-5), l'AED augmente avec la diminution de la concentration et, lorsqu'elle est extrapolée à partir d'une courbe de mesure basée sur une cuvette, elle atteint une valeur de concentration relative de 8,2 × 10–10 803 .Il en résulte un trajet optique correspondant de 803 cm (AEF × 1 cm), ce qui est bien plus long que la longueur physique du MWC, et même plus long que le LWC le plus long disponible dans le commerce (500 cm de World Precision Instruments, Inc.). Doko Engineering LLC a une longueur de 200 cm. Cette augmentation non linéaire de l'absorption dans le LWC n'avait jamais été signalée auparavant.
Les figures 6(a) à (c) montrent respectivement une image optique, une image microscopique et une image de profilage optique de la surface intérieure de la section MWC. Comme le montre la figure 6(a), la surface intérieure est lisse et brillante, peut réfléchir la lumière visible et est hautement réfléchissante. Comme le montre la figure 6(b), en raison de la déformabilité et de la nature cristalline du métal, de petites mesas et irrégularités apparaissent sur la surface lisse. Compte tenu de la petite surface (<5 μm×5 μm), la rugosité de la plupart des surfaces est inférieure à 1,2 nm (Fig. 6(c)). Compte tenu d'une petite surface (<5 μm×5 μm), la rugosité de la plupart des surfaces est inférieure à 1,2 nm (Fig. 6(c)). Ввиду малой площади (<5 мкм×5 мкм) шероховатость большей части поверхности составляет менее 1,2 нм (рис. 6(в)). En raison de la petite surface (<5 µm×5 µm), la rugosité de la majeure partie de la surface est inférieure à 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 (рис. 6(в)). Compte tenu de la petite surface (<5 µm × 5 µm), la rugosité de la plupart des surfaces est inférieure à 1,2 nm (Fig. 6(c)).
(a) Image optique, (b) image au microscope et (c) image optique de la surface interne de la coupe MWC.
Français Comme le montre la fig. 7(a), le chemin optique LOP dans le capillaire est déterminé par l'angle d'incidence θ (LOP = LC/sinθ, où LC est la longueur physique du capillaire). Pour les capillaires AF en Téflon remplis d'eau déionisée, l'angle d'incidence doit être supérieur à l'angle critique de 77,8°, de sorte que le LOP est inférieur à 1,02 × LC sans autre amélioration3.6. Alors qu'avec le MWC, le confinement de la lumière à l'intérieur du capillaire est indépendant de l'indice de réfraction ou de l'angle d'incidence, de sorte que lorsque l'angle d'incidence diminue, le chemin lumineux peut être beaucoup plus long que la longueur du capillaire (LOP » LC). Comme le montre la fig. 7(b), la surface métallique ondulée peut induire une diffusion de la lumière, ce qui peut augmenter considérablement le chemin optique.
Il existe donc deux chemins lumineux pour le MWC : la lumière directe sans réflexion (LOP = LC) et la lumière en dents de scie avec réflexions multiples entre les parois latérales (LOP » LC). Selon la loi de Beer, l'intensité de la lumière directe et en zigzag transmise peut être exprimée respectivement par PS×exp(-α×LC) et PZ×exp(-α×LOP), où la constante α est le coefficient d'absorption, qui dépend entièrement de la concentration d'encre.
Pour une encre à haute concentration (par exemple, une concentration relative > 1,28 × 10-5), la lumière en zigzag est fortement atténuée et son intensité est bien inférieure à celle de la lumière directe, en raison du coefficient d'absorption élevé et de son chemin optique beaucoup plus long. Pour une encre à haute concentration (par exemple, concentration relative > 1,28 × 10-5), la lumière en zigzag est fortement atténuée et son intensité est bien inférieure à celle de la lumière directe, en raison du coefficient d'absorption élevé et de son chemin optique beaucoup plus long. Pour le noir avec votre concentration (par exemple, la concentration externe >1,28 × 10-5), la lumière du soleil est argentée, à moi Intensifier le nom de la nouvelle, qui est votre première lumière, avec une grande expérience de coopération et un plus grand nombre de clients optiques l'identification. Pour l'encre à haute concentration (par exemple concentration relative > 1,28 × 10-5), la lumière en zigzag est fortement atténuée et son intensité est bien inférieure à celle de la lumière directe en raison du coefficient d'absorption élevé et de l'émission optique beaucoup plus longue.piste.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Pour le noir avec votre concentration (par exemple, concentration pertinente >1,28×10-5), la lumière est vraiment réglée, et moi интенсивность намного ниже, чем у прямого света из-за большого коффициента поглощения и более длительного оптического времения. Pour les encres à forte concentration (par exemple, les concentrations pertinentes > 1,28 × 10-5), la lumière en zigzag est considérablement atténuée et son intensité est bien inférieure à celle de la lumière directe en raison du coefficient d'absorption élevé et du temps optique plus long.petite route.Ainsi, la lumière directe a dominé la détermination de l'absorbance (LOP = LC) et l'AEF a été maintenu constant à ~ 7,0. En revanche, lorsque le coefficient d'absorption diminue avec la diminution de la concentration d'encre (par exemple, concentration associée < 1,28 × 10-5), l'intensité de la lumière en zigzag augmente plus rapidement que celle de la lumière directe et la lumière en zigzag commence alors à jouer un rôle plus important. En revanche, lorsque le coefficient d'absorption diminue avec la diminution de la concentration d'encre (par exemple, concentration associée < 1,28 × 10-5), l'intensité de la lumière en zigzag augmente plus rapidement que celle de la lumière directe et la lumière en zigzag commence alors à jouer un rôle plus important. Напротив, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чернил (par exemple, относительная концентрация <1,28 × 10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличивается быстрее, чем у прямого света, и затем начинает играть зигзагообразный свет. Au contraire, lorsque le coefficient d'absorption diminue avec la diminution de la concentration d'encre (par exemple, la concentration relative <1,28×10-5), l'intensité de la lumière en zigzag augmente plus rapidement que celle de la lumière directe, puis la lumière en zigzag commence à jouer.rôle plus important.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。 En ce moment, votre bureau est en train de se connecter à un centre de conférence noir (par exemple, il s'agit d'un concentration < 1,28×10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличивается быстрее, чем прямого, и тогда зигзагоообразный свет начинает играть bole roulez. À l’inverse, lorsque le coefficient d’absorption diminue avec la diminution de la concentration d’encre (par exemple, la concentration correspondante < 1,28×10-5), l’intensité de la lumière en zigzag augmente plus rapidement que la lumière directe, et la lumière en zigzag commence alors à jouer un rôle plus important.personnage de rôle.Par conséquent, grâce au chemin optique en dents de scie (LOP » LC), l'AEF peut être augmenté bien au-delà de 7,0. La théorie des modes de guide d'ondes permet d'obtenir des caractéristiques précises de transmission lumineuse du MWC.
Outre l'amélioration du chemin optique, la commutation rapide des échantillons contribue également à des limites de détection ultra-faibles. En raison du faible volume de MCC (0,16 ml), le temps nécessaire pour commuter et changer de solution dans le MCC peut être inférieur à 20 secondes. Comme le montre la figure 5, la valeur minimale détectable de l'AMWC (2,5 × 10–4) est 4 fois inférieure à celle de l'Acuvette (1,0 × 10–3). La commutation rapide de la solution en écoulement dans le capillaire réduit l'effet du bruit du système (par exemple, la dérive) sur la précision de la différence d'absorbance par rapport à la solution de rétention dans la cuvette. Par exemple, comme le montrent les figures 3(b)-(d), ΔV peut être facilement distingué d'un signal de dérive grâce à la commutation rapide de l'échantillon dans le capillaire de petit volume.
Comme le montre le tableau 2, une gamme de solutions de glucose à diverses concentrations a été préparée en utilisant de l'eau déminéralisée comme solvant. Des échantillons colorés ou blancs ont été préparés en mélangeant une solution de glucose ou de l'eau déionisée avec des solutions chromogènes de glucose oxydase (GOD) et de peroxydase (POD) 37 dans un rapport volumique fixe de 3:1, respectivement. La figure 8 montre des photographies optiques de neuf échantillons colorés (S2-S10) avec des concentrations de glucose allant de 2,0 mM (à gauche) à 5,12 nM (à droite). La rougeur diminue avec la diminution de la concentration de glucose.
Les résultats des mesures des échantillons 4, 9 et 10 avec un photomètre MWC sont présentés respectivement dans les figures 9(a) à (c). Comme le montre la figure 9(c), le ΔV mesuré devient moins stable et augmente lentement pendant la mesure, car la couleur du réactif GOD-POD lui-même (même sans ajout de glucose) change lentement à la lumière. Ainsi, il est impossible de répéter les mesures successives du ΔV pour les échantillons dont la concentration en glucose est inférieure à 5,12 nM (échantillon 10), car lorsque le ΔV est suffisamment faible, l'instabilité du réactif GOD-POD ne peut plus être négligée. Par conséquent, la limite de détection pour une solution de glucose est de 5,12 nM, bien que la valeur du ΔV correspondante (0,52 µV) soit bien supérieure à la valeur du bruit (0,03 µV), ce qui indique qu'un faible ΔV peut encore être détecté. Cette limite de détection peut être encore améliorée en utilisant des réactifs chromogènes plus stables.
(a) Résultats de mesure pour l'échantillon 4, (b) l'échantillon 9 et (c) l'échantillon 10 à l'aide d'un photomètre basé sur MWC.
L'absorbance AMWC peut être calculée à partir des valeurs mesurées de Vcolor, Vblank et Vdark. Pour un photodétecteur avec un gain de 105, Vdark est de -0,068 μV. Les mesures pour tous les échantillons peuvent être définies dans le matériel supplémentaire. À titre de comparaison, des échantillons de glucose ont également été mesurés avec un spectrophotomètre et l'absorbance mesurée par Acuvette a atteint une limite de détection de 0,64 µM (échantillon 7), comme illustré à la figure 10.
La relation entre l'absorbance et la concentration est présentée à la figure 11. Avec le photomètre à cuvette mobile, la limite de détection a été multipliée par 125 par rapport au spectrophotomètre à cuvette. Cette amélioration est inférieure à celle du test à l'encre rouge en raison de la faible stabilité du réactif GOD-POD. Une augmentation non linéaire de l'absorbance à faibles concentrations a également été observée.
Le photomètre à MWC a été développé pour la détection ultrasensible d'échantillons liquides. Le chemin optique peut être considérablement augmenté, et bien plus long que la longueur physique du MWC, car la lumière diffusée par les parois métalliques lisses et ondulées peut être contenue dans le capillaire, quel que soit l'angle d'incidence. Des concentrations aussi faibles que 5,12 nM peuvent être obtenues avec les réactifs GOD-POD conventionnels grâce à une nouvelle amplification optique non linéaire, à une commutation rapide des échantillons et à la détection du glucose. Ce photomètre compact et économique sera largement utilisé dans les sciences de la vie et la surveillance environnementale pour l'analyse de traces.
Comme le montre la figure 1, le photomètre à MWC se compose d'un MWC de 7 cm de long (diamètre intérieur 1,7 mm, diamètre extérieur 3,18 mm, surface intérieure électropolie de classe EP, capillaire en acier inoxydable SUS316L), d'une LED de 505 nm (Thorlabs M505F1), de lentilles (étalement du faisceau d'environ 6,6 degrés), d'un photodétecteur à gain variable (Thorlabs PDB450C) et de deux connecteurs en T pour la communication optique et l'entrée/sortie de liquide. Le connecteur en T est réalisé en collant une plaque de quartz transparente sur un tube en PMMA dans lequel sont insérés et collés des tubes MWC et Peek (diamètre intérieur 0,72 mm, diamètre extérieur 1,6 mm, Vici Valco Corp.). Une vanne trois voies connectée au tube d'entrée Pike permet de commuter l'échantillon entrant. Le photodétecteur peut convertir la puissance optique reçue P en un signal de tension amplifié N×V (où V/P = 1,0 V/W à 1 550 nm, le gain N étant réglable manuellement entre 103 et 107). Par souci de concision, V est utilisé à la place de N×V comme signal de sortie.
En comparaison, un spectrophotomètre commercial (Agilent Technologies série Cary 300 avec photomultiplicateur haute efficacité R928) avec une cellule de cuvette de 1,0 cm a également été utilisé pour mesurer l'absorbance des échantillons liquides.
La surface intérieure de la coupe MWC a été examinée à l'aide d'un profileur de surface optique (ZYGO New View 5022) avec une résolution verticale et latérale de 0,1 nm et 0,11 µm, respectivement.
Tous les produits chimiques (de qualité analytique, sans purification supplémentaire) ont été achetés auprès de Sichuan Chuangke Biotechnology Co., Ltd. Les kits de test de glucose comprennent la glucose oxydase (GOD), la peroxydase (POD), la 4-aminoantipyrine et le phénol, etc. La solution chromogène a été préparée par la méthode habituelle GOD-POD 37.
Comme le montre le tableau 2, une gamme de solutions de glucose à diverses concentrations a été préparée en utilisant de l'eau déminéralisée comme diluant selon une méthode de dilution en série (voir les documents supplémentaires pour plus de détails). Préparer des échantillons colorés ou à blanc en mélangeant une solution de glucose ou de l'eau déionisée avec une solution chromogène dans un rapport volumique fixe de 3:1, respectivement. Tous les échantillons ont été conservés à 37 °C, à l'abri de la lumière, pendant 10 minutes avant la mesure. Dans la méthode GOD-POD, les échantillons colorés deviennent rouges avec un maximum d'absorption à 505 nm, et l'absorption est presque proportionnelle à la concentration en glucose.
Comme le montre le tableau 1, une série de solutions d'encre rouge (Ostrich Ink Co., Ltd., Tianjin, Chine) ont été préparées par la méthode de dilution en série en utilisant DI H2O comme solvant.
Comment citer cet article : Bai, M. et al. Photomètre compact basé sur des capillaires à guide d'ondes métalliques : pour la détermination des concentrations nanomolaires de glucose. la science. 5, 10476. doi : 10.1038/srep10476 (2015).
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