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L'analyse de traces dans des échantillons liquides trouve de nombreuses applications en sciences de la vie et en surveillance environnementale. Dans ce travail, nous avons développé un photomètre compact et économique, basé sur des capillaires à guide d'ondes métalliques (CGM), pour la détermination ultrasensible de l'absorption. Le trajet optique est considérablement augmenté, et bien supérieur à la longueur physique du CGM, car la lumière diffusée par les parois latérales métalliques lisses et ondulées est confinée à l'intérieur du capillaire, quel que soit l'angle d'incidence. Des concentrations aussi faibles que 5,12 nM peuvent être atteintes avec des réactifs chromogènes courants grâce à une nouvelle amplification optique non linéaire, une commutation rapide des échantillons et la détection du glucose.
La photométrie est largement utilisée pour l'analyse de traces dans des échantillons liquides grâce à l'abondance de réactifs chromogènes et de dispositifs optoélectroniques semi-conducteurs disponibles^1,2,3,4,5. Comparée à la méthode traditionnelle de détermination de l'absorbance en cuvette, la technique des capillaires à guide d'ondes liquides (LWC) utilise la réflexion totale interne (TIR) ​​en confinant la lumière de la sonde à l'intérieur du capillaire^1,2,3,4,5. Cependant, sans optimisation, le trajet optique reste proche de la longueur physique du LWC^3,6, et augmenter cette longueur au-delà de 1,0 m entraîne une forte atténuation de la lumière et un risque élevé de formation de bulles, etc.^3,7. Concernant la cellule à réflexions multiples proposée pour améliorer le trajet optique, la limite de détection n'est améliorée que d'un facteur 2,5 à 8,9.
Il existe actuellement deux principaux types de capillaires liquides (LWC) : les capillaires en téflon AF (dont l’indice de réfraction est d’environ 1,3, inférieur à celui de l’eau) et les capillaires en silice revêtus de téflon AF ou de films métalliques^1,3,4. Pour obtenir une réflexion totale interne (RTI) à l’interface entre les matériaux diélectriques, il est nécessaire d’utiliser des matériaux à faible indice de réfraction et à angles d’incidence lumineux élevés^3,6,10. Le téflon AF, grâce à sa structure poreuse, est perméable à l’air^3,11 et peut absorber de faibles quantités de substances présentes dans les échantillons d’eau. Quant aux capillaires en quartz revêtus extérieurement de téflon AF ou de métal, leur indice de réfraction (1,45) est supérieur à celui de la plupart des liquides (par exemple, 1,33 pour l’eau)^3,6,12,13. Les propriétés de transport des capillaires revêtus intérieurement d’un film métallique ont été étudiées^{14,15,16,17,18}, mais le procédé de revêtement est complexe et la surface du film métallique présente une structure rugueuse et poreuse^4,19.
De plus, les LWC commerciaux (capillaires AF revêtus de téflon et capillaires AF revêtus de silice, World Precision Instruments, Inc.) présentent d'autres inconvénients, tels que : en cas de 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.
Parallèlement, le dosage du glucose est crucial pour le diagnostic du diabète, de la cirrhose hépatique et des troubles mentaux²⁰. De nombreuses méthodes de détection existent, telles que la photométrie (incluant 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 optique³⁶, la résonance plasmonique de surface³⁷, la cavité Fabry-Perot³⁸, l'électrochimie³⁹ et l'électrophorèse capillaire^40,41, etc. Cependant, la plupart de ces méthodes nécessitent un équipement coûteux, et la détection du glucose à des concentrations nanomolaires reste un défi (par exemple, pour les mesures photométriques^{21,22,23,24,25,26,27,28}, la plus faible concentration de glucose). La limite était de seulement 30 nM lorsque des nanoparticules de bleu de Prusse étaient utilisées comme mimétiques de la peroxydase. Des analyses de glucose à l'échelle nanomolaire sont souvent nécessaires pour des études cellulaires au niveau moléculaire, telles que l'inhibition de la croissance du cancer de la prostate humain⁴² et le comportement de fixation du CO₂ par Prochlorococcus dans l'océan.
Cet article présente un photomètre compact et économique, basé sur un capillaire à guide d'ondes métallique (CGM), un capillaire en acier inoxydable SUS316L à surface interne électropolie, développé pour la détermination ultrasensible de l'absorption. La lumière étant piégée à l'intérieur des capillaires métalliques quel que soit l'angle d'incidence, le trajet optique est considérablement allongé par diffusion sur les surfaces métalliques lisses et ondulées, et est bien supérieur à la longueur physique du CGM. De plus, un simple raccord en T a été conçu pour la connexion optique et l'entrée/sortie de fluide afin de minimiser le volume mort et d'éviter la formation de bulles d'air. Pour ce photomètre à CGM de 7 cm, la limite de détection est améliorée d'un facteur 3000 environ par rapport à un spectrophotomètre commercial équipé d'une cuvette de 1 cm, grâce à l'optimisation du trajet optique non linéaire et à la commutation rapide de l'échantillon. La détection du glucose peut ainsi atteindre une concentration de seulement 5,12 nM avec des réactifs chromogènes courants.
Comme illustré sur la figure 1, le photomètre à micro-cône (MWC) se compose d'un MWC de 7 cm de long à surface interne électropolie de qualité EP, d'une LED de 505 nm avec lentille, d'un photodétecteur à gain réglable et de deux orifices pour le couplage optique et l'entrée/sortie de liquide. Une vanne à trois voies, reliée au tube d'entrée Pike, permet de contrôler l'arrivée de l'échantillon. Le tube PEEK s'ajuste parfaitement contre la plaque de quartz et le MWC, minimisant ainsi le volume mort dans le raccord en T et empêchant efficacement la formation de bulles d'air. De plus, le faisceau collimaté est introduit facilement et efficacement dans le MWC à travers la plaque de quartz du raccord 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 détecté par un photodétecteur. Les solutions d'échantillons colorés ou témoins sont introduites alternativement dans l'ICC par une vanne à trois voies. La densité optique d'un échantillon coloré peut être calculée à partir de l'équation 1.10, conformément à la loi de Beer-Lambert.
où Vcolor et Vblank représentent les signaux de sortie du photodétecteur lorsque des échantillons de couleur et de blanc sont introduits dans le MCC, respectivement, et Vdark le signal de fond du photodétecteur lorsque la LED est éteinte. La variation du signal de sortie ΔV = Vcolor – Vblank peut être mesurée par commutation d'échantillons. Conformément à l'équation, comme illustré sur la figure 1, si ΔV est très inférieur à Vblank – Vdark, lors de l'utilisation d'un schéma de commutation par échantillonnage, de faibles variations de Vblank (par exemple, une dérive) ont peu d'influence sur la valeur AMWC.
Pour comparer les performances du photomètre à membrane à celle du spectrophotomètre à cuvette, une solution d'encre rouge a été utilisée comme échantillon de couleur en raison de son excellente stabilité chromatique et de sa bonne linéarité concentration-absorbance, l'eau désionisée (H₂O) servant de blanc. Comme indiqué dans le tableau 1, une série de solutions d'encre rouge a été préparée par dilutions successives dans l'eau désionisée. La concentration relative de l'échantillon 1 (S1), correspondant à la peinture rouge originale non diluée, a été déterminée à 1,0. La figure 2 présente des photographies optiques de 11 échantillons d'encre rouge (S4 à S14) dont les concentrations relatives (indiquées dans le tableau 1) varient de 8,0 × 10⁻³ (à gauche) à 8,2 × 10⁻¹⁰ (à droite).
Les résultats de mesure de l'échantillon 6 sont présentés sur la figure 3(a). Les points de commutation entre les échantillons colorés et les échantillons témoins sont indiqués par des doubles flèches « ↔ ». On observe que la tension de sortie augmente rapidement lors du passage des échantillons colorés aux échantillons témoins et inversement. Les valeurs de V_color, V_blank et la variation de tension correspondante (ΔV) sont indiquées 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.
Les résultats de mesure des échantillons 9, 13 et 14 sont présentés respectivement sur les figures 3(b) à (d). Comme illustré sur la figure 3(d), le ΔV mesuré n'est que de 5 nV, soit près de trois fois la valeur du bruit (2 nV). Un ΔV aussi faible est difficilement distinguable du bruit. Ainsi, la limite de détection atteint une concentration relative de 8,2 × 10⁻¹⁰ (échantillon 14). À l'aide des équations, l'absorbance AMWC peut être calculée à partir des valeurs mesurées de Vcolor, Vblank et Vdark. Pour un photodétecteur de gain 10⁴, Vdark vaut -0,68 μV. Les résultats de mesure de tous les échantillons sont résumés dans le tableau 1 et sont disponibles dans les informations supplémentaires. Comme indiqué dans le tableau 1, l'absorbance atteint un plateau aux concentrations élevées ; par conséquent, les absorbances supérieures à 3,7 ne peuvent être mesurées avec les spectromètres basés sur la technologie MWC.
À titre de comparaison, un échantillon d'encre rouge a également été mesuré à l'aide d'un spectrophotomètre ; l'absorbance mesurée en cuvette est présentée sur la figure 4. Les valeurs d'absorbance en cuvette à 505 nm (indiquées dans le tableau 1) ont été obtenues en prenant comme référence les courbes des échantillons 10, 11 et 12 (représentées dans l'encart de la figure 4). Comme illustré, la limite de détection a atteint une concentration relative de 2,56 × 10⁻⁶ (échantillon 9), les courbes d'absorption des échantillons 10, 11 et 12 étant indiscernables. Ainsi, l'utilisation du photomètre à cuvette a permis d'améliorer la limite de détection d'un facteur 3125 par rapport au spectrophotomètre à cuvette.
La relation entre l'absorption et la concentration est présentée sur la figure 5. Pour les mesures en cuvette, l'absorbance est proportionnelle à la concentration d'encre pour une longueur de trajet optique de 1 cm. En revanche, pour les mesures réalisées avec le MWC, une augmentation non linéaire de l'absorbance a été observée aux faibles concentrations. Selon la loi de Beer-Lambert, l'absorbance est proportionnelle à la longueur du trajet optique ; ainsi, le gain d'absorption AEF (défini comme AEF = AMWC/Acuvette pour une même concentration d'encre) est le rapport entre la longueur du MWC et la longueur du trajet optique de la cuvette. Comme le montre la figure 5, aux concentrations élevées, le gain d'absorption AEF est constant et proche de 7,0, ce qui est logique puisque la longueur du MWC est exactement 7 fois supérieure à 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 une 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 une 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 extraction taille de l'article pour les chambres d'hôtes en fonction de la concentration externe 8,2 × 10–10 803 . 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), bien supérieur à la longueur physique du MWC, et même supérieur à celle du LWC le plus long disponible dans le commerce (500 cm, fourni par World Precision Instruments, Inc.). Le LWC de Doko Engineering LLC mesure 200 cm. Cette augmentation non linéaire de l'absorption dans le LWC n'avait pas été observée auparavant.
Les figures 6(a) à (c) présentent respectivement une image optique, une image microscopique et une image de profilage optique de la surface interne de la section MWC. Comme le montre la figure 6(a), la surface interne est lisse et brillante, réfléchissante pour la lumière visible et très réfléchissante. Comme le montre la figure 6(b), la déformabilité et la nature cristalline du métal entraînent l'apparition de petites aspérités et d'irrégularités 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 de la 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.
Comme illustré sur la figure 7(a), le trajet 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 en téflon AF remplis d'eau désionisée (DI H₂O), l'angle d'incidence doit être supérieur à l'angle critique de 77,8°, de sorte que LOP est inférieur à 1,02 × LC sans amélioration supplémentaire³.⁶. En revanche, avec les capillaires à parois multiples (MWC), le confinement de la lumière à l'intérieur du capillaire est indépendant de l'indice de réfraction et de l'angle d'incidence. Ainsi, lorsque l'angle d'incidence diminue, le trajet optique peut être beaucoup plus long que la longueur du capillaire (LOP ≈ LC). Comme illustré sur la figure 7(b), la surface métallique ondulée peut induire une diffusion de la lumière, ce qui peut augmenter considérablement le trajet optique.
Par conséquent, la lumière se propage selon deux trajets pour le MWC : la lumière directe sans réflexion (LOP = LC) et la lumière en dents de scie avec de multiples réflexions entre les parois latérales (LOP ≥ LC). D'après la loi de Beer-Lambert, l'intensité de la lumière directe et en dents de scie 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, concentration relative > 1,28 × 10-5), la lumière en zigzag est fortement atténuée et son intensité est beaucoup plus faible que celle de la lumière droite, en raison du coefficient d'absorption élevé et de son trajet 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 beaucoup plus faible que celle de la lumière droite, en raison du coefficient d'absorption élevé et de son trajet 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 излучения. Pour une encre à forte concentration (par exemple concentration relative > 1,28 × 10⁻⁵), la lumière en zigzag est fortement atténuée et son intensité est beaucoup plus faible que 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 haute concentration (par exemple, concentrations pertinentes > 1,28 × 10⁻⁵), la lumière en zigzag est considérablement atténuée et son intensité est beaucoup plus faible que 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 relative < 1,28 × 10-5), l'intensité de la lumière en zigzag augmente plus rapidement que celle de la lumière droite 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 relative < 1,28 × 10-5), l'intensité de la lumière en zigzag augmente plus rapidement que celle de la lumière droite 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), L'intensité de la lumière blanche s'intensifie, c'est-à-dire votre lumière blanche, et vous pouvez jouer à la lumière blanche. 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, et la lumière en zigzag commence alors à jouer.un 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 важную роль. 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 celle de 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. Les caractéristiques précises de transmission de la lumière du MWC peuvent être obtenues à l'aide de la théorie des modes de guide d'ondes.
Outre l'amélioration du trajet optique, la commutation rapide des échantillons contribue également à des limites de détection ultra-basses. Grâce au faible volume du MCC (0,16 ml), le temps nécessaire pour changer de solution dans le MCC est inférieur à 20 secondes. Comme illustré sur la figure 5, la valeur minimale détectable de l'AMWC (2,5 × 10⁻⁴) est quatre fois inférieure à celle de l'Acuvette (1,0 × 10⁻³). La commutation rapide de la solution circulant dans le capillaire réduit l'influence 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) à (d), la variation d'absorbance (ΔV) est facilement distinguable d'un signal de dérive grâce à la commutation rapide des échantillons dans le capillaire de faible volume.
Comme indiqué dans le tableau 2, différentes solutions de glucose à diverses concentrations ont été préparées en utilisant de l'eau désionisée comme solvant. Les échantillons colorés ou témoins ont été préparés en mélangeant une solution de glucose ou de l'eau désionisée avec des solutions chromogènes de glucose oxydase (GOD) et de peroxydase (POD) dans un rapport volumique fixe de 3:1. La figure 8 présente des photographies optiques de neuf échantillons colorés (S2 à S10) avec des concentrations de glucose allant de 2,0 mM (à gauche) à 5,12 nM (à droite). L'intensité de la coloration rouge diminue avec la concentration de glucose.
Les résultats des mesures des échantillons 4, 9 et 10 à l'aide d'un photomètre à membrane sont présentés respectivement sur les figures 9(a) à (c). Comme illustré sur la figure 9(c), la variation de potentiel (ΔV) mesurée devient moins stable et augmente lentement au cours de la mesure, car la couleur du réactif GOD-POD lui-même (même sans ajout de glucose) évolue lentement sous l'effet de la lumière. Par conséquent, les mesures successives de ΔV ne peuvent être répétées pour les échantillons dont la concentration en glucose est inférieure à 5,12 nM (échantillon 10), car lorsque ΔV est suffisamment faible, l'instabilité du réactif GOD-POD devient non négligeable. Ainsi, la limite de détection pour une solution de glucose est de 5,12 nM, bien que la valeur de ΔV correspondante (0,52 µV) soit nettement supérieure au bruit de fond (0,03 µV), ce qui indique qu'une faible variation de potentiel peut être détectée. 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 de gain 105, Vdark vaut -0,068 µV. Les mesures pour tous les échantillons sont disponibles dans les données supplémentaires. À titre de comparaison, des échantillons de glucose ont également été mesurés par spectrophotométrie ; l'absorbance mesurée par Acuvette a atteint une limite de détection de 0,64 µM (échantillon 7), comme illustré sur la figure 10.
La relation entre l'absorbance et la concentration est présentée sur la figure 11. Le photomètre à membrane à paroi unique (MWC) a permis d'améliorer la limite de détection d'un facteur 125 par rapport au spectrophotomètre à cuvette. Cette amélioration reste toutefois inférieure à celle obtenue avec le test à l'encre rouge, en raison de la faible stabilité du réactif GOD-POD. Une augmentation non linéaire de l'absorbance aux faibles concentrations a également été observée.
Le photomètre à paroi magnétique (MWC) a été développé pour la détection ultrasensible d'échantillons liquides. Le trajet optique est considérablement allongé, dépassant largement la longueur physique du MWC, car la lumière diffusée par les parois latérales métalliques lisses et ondulées est confinée dans le capillaire, quel que soit l'angle d'incidence. Des concentrations aussi faibles que 5,12 nM peuvent être atteintes avec les réactifs GOD-POD conventionnels grâce à une nouvelle amplification optique non linéaire, une commutation rapide des échantillons et la détection du glucose. Ce photomètre compact et économique trouvera de nombreuses applications en sciences de la vie et en surveillance environnementale pour l'analyse de traces.
Comme illustré sur la figure 1, le photomètre à micro-cône (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 (ouverture du faisceau d'environ 6,6 degrés), d'un photodétecteur à gain variable (Thorlabs PDB450C) et de deux raccords en T pour la communication optique et l'entrée/sortie de liquide. Le raccord 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 à trois voies, reliée au tube d'entrée PEEK, permet de sélectionner l'échantillon entrant. Le photodétecteur convertit la puissance optique reçue P en un signal de tension amplifié N×V (où V/P = 1,0 V/W à 1550 nm, le gain N étant réglable manuellement entre 10³ et 10⁷). Par souci de concision, on utilise V au lieu de N×V comme signal de sortie.
En comparaison, un spectrophotomètre commercial (Agilent Technologies Cary série 300 avec photomultiplicateur haute efficacité R928) avec une 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 profilomètre 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 selon la méthode GOD-POD 37 habituelle.
Comme indiqué dans le tableau 2, différentes solutions de glucose à diverses concentrations ont été préparées par dilutions successives dans de l'eau désionisée (voir les informations complémentaires). Les échantillons colorés et les échantillons témoins ont été préparés en mélangeant respectivement une solution de glucose ou de l'eau désionisée avec une solution chromogène dans un rapport volumique fixe de 3:1. 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 cette absorption est presque proportionnelle à la concentration en glucose.
Comme indiqué dans 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 de l'eau 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 de concentrations nanomolaires de glucose. the science. 5, 10476. doi : 10.1038/srep10476 (2015).
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