Hvala vam što ste posjetili Nature.com. Verzija preglednika koju koristite ima ograničenu podršku za CSS. Za najbolje iskustvo preporučujemo da koristite ažurirani preglednik (ili onemogućite način kompatibilnosti u Internet Exploreru). U međuvremenu, kako bismo osigurali kontinuiranu podršku, prikazivat ćemo stranicu bez stilova i JavaScripta.
Analiza tragova tekućih uzoraka ima širok raspon primjena u znanostima o životu i praćenju okoliša. U ovom radu razvili smo kompaktan i jeftin fotometar temeljen na metalnim valovodnim kapilarama (MCC) za ultraosjetljivo određivanje apsorpcije. Optički put može se znatno povećati i biti puno duži od fizičke duljine MWC-a, jer svjetlost raspršena valovitim glatkim metalnim bočnim stijenkama može biti sadržana unutar kapilare bez obzira na kut upada. Koncentracije niske do 5,12 nM mogu se postići korištenjem uobičajenih kromogenih reagensa zahvaljujući novom nelinearnom optičkom pojačanju i brzom prebacivanju uzoraka te detekciji glukoze.
Fotometrija se široko koristi za analizu tragova tekućih uzoraka zbog obilja dostupnih kromogenih reagensa i poluvodičkih optoelektroničkih uređaja1,2,3,4,5. U usporedbi s tradicionalnim određivanjem apsorbancije na bazi kivete, kapilare tekućeg valovoda (LWC) reflektiraju (TIR) ​​zadržavajući svjetlost sonde unutar kapilare1,2,3,4,5. Međutim, bez daljnjeg poboljšanja, optički put je samo blizu fizičke duljine LWC3,6, a povećanje duljine LWC-a preko 1,0 m patiti će od jakog slabljenja svjetlosti i visokog rizika od mjehurića itd.3,7. Što se tiče predložene višestruke refleksijske ćelije za poboljšanje optičkog puta, granica detekcije se poboljšava samo za faktor 2,5-8,9.
Trenutno postoje dvije glavne vrste LWC-a, i to teflonske AF kapilare (s indeksom loma od samo ~1,3, što je niže od vode) i silicijeve kapilare obložene teflonskim AF ili metalnim filmovima1,3,4. Za postizanje TIR-a na granici između dielektričnih materijala potrebni su materijali s niskim indeksom loma i visokim kutovima upada svjetlosti3,6,10. Što se tiče teflonskih AF kapilara, teflonski AF je prozračan zbog svoje porozne strukture3,11 i može apsorbirati male količine tvari u uzorcima vode. Za kvarcne kapilare obložene izvana teflonskim AF ili metalom, indeks loma kvarca (1,45) je veći od većine tekućih uzoraka (npr. 1,33 za vodu)3,6,12,13. Za kapilare obložene metalnim filmom iznutra, proučavana su transportna svojstva14,15,16,17,18, ali proces oblaganja je kompliciran, površina metalnog filma ima hrapavu i poroznu strukturu4,19.
Osim toga, komercijalne LWC kapilare (AF teflonom obložene kapilare i AF teflonom obložene silicijeve kapilare, World Precision Instruments, Inc.) imaju i neke druge nedostatke, kao što su: za kvarove. . Veliki mrtvi volumen T-konektora TIR3,10, (2) (za spajanje kapilara, vlakana i ulaznih/izlaznih cijevi) može zadržati mjehuriće zraka10.
Istovremeno, određivanje razine glukoze od velike je važnosti za dijagnozu dijabetesa, ciroze jetre i mentalnih bolesti20, te mnoge metode detekcije poput fotometrije (uključujući spektrofotometriju21, 22, 23, 24, 25 i kolorimetriju na papiru26, 27, 28), galvanometrije29, 30, 31, fluorometrije32, 33, 34, 35, optičke polarimetrije36, površinske plazmonske rezonancije37, Fabry-Perotove šupljine38, elektrokemije39 i kapilarne elektroforeze40,41 i tako dalje. Međutim, većina ovih metoda zahtijeva skupu opremu, a detekcija glukoze pri nekoliko nanomolarnih koncentracija ostaje izazov (na primjer, za fotometrijska mjerenja21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, najniža koncentracija glukoze). Ograničenje je bilo samo 30 nM kada su nanočestice pruskog plavog korištene kao imitatori peroksidaze). Nanomolarne analize glukoze često su potrebne za stanične studije na molekularnoj razini kao što su inhibicija rasta raka prostate kod ljudi42 i ponašanje fiksacije CO2 kod Prochlorococcusa u oceanu.
U ovom članku razvijen je kompaktni, jeftin fotometar temeljen na metalnoj kapilari valovoda (MWC), kapilari od nehrđajućeg čelika SUS316L s elektropoliranom unutarnjom površinom, za ultraosjetljivo određivanje apsorpcije. Budući da se svjetlost može zadržati unutar metalnih kapilara bez obzira na kut upada, optički put može se uvelike povećati raspršenjem svjetlosti na valovitim i glatkim metalnim površinama te je mnogo duži od fizičke duljine MWC-a. Osim toga, dizajniran je jednostavan T-konektor za optički priključak i ulaz/izlaz tekućine kako bi se smanjio mrtvi volumen i izbjeglo zarobljavanje mjehurića. Za 7 cm MWC fotometar, granica detekcije poboljšana je za oko 3000 puta u usporedbi s komercijalnim spektrofotometrom s kivetom od 1 cm zbog novog poboljšanja nelinearnog optičkog puta i brzog prebacivanja uzoraka, a može se postići i koncentracija za detekciju glukoze od samo 5,12 nM korištenjem uobičajenih kromogenih reagensa.
Kao što je prikazano na slici 1, fotometar baziran na MWC-u sastoji se od 7 cm dugog MWC-a s elektropoliranom unutarnjom površinom EP kvalitete, LED diode od 505 nm s lećom, fotodetektora s podesivim pojačanjem i dva za optičko spajanje i ulaz tekućine. Izlaz. Trosmjerni ventil spojen na Pikeovu ulaznu cijev koristi se za prebacivanje dolaznog uzorka. Peekova cijev čvrsto prianja uz kvarcnu ploču i MWC, tako da se mrtvi volumen u T-konektoru svodi na minimum, učinkovito sprječavajući hvatanje mjehurića zraka. Osim toga, kolimirani snop može se lako i učinkovito uvesti u MWC kroz kvarcnu ploču s T-komadom.
Snop i tekući uzorak uvode se u MCC kroz T-komad, a snop koji prolazi kroz MCC prima fotodetektor. Dolazne otopine obojenih ili slijepih uzoraka naizmjenično su uvođene u ICC kroz trosmjerni ventil. Prema Beerovom zakonu, optička gustoća obojenog uzorka može se izračunati iz jednadžbe. 1.10
gdje su Vcolor i Vblank izlazni signali fotodetektora kada se u MCC unesu uzorci u boji i prazni uzorci, a Vdark je pozadinski signal fotodetektora kada je LED isključen. Promjena izlaznog signala ΔV = Vcolor–Vblank može se mjeriti prebacivanjem uzoraka. Prema jednadžbi. Kao što je prikazano na slici 1, ako je ΔV mnogo manji od Vblank–Vblank, kada se koristi shema prebacivanja uzorkovanja, male promjene u Vblank (npr. drift) mogu imati mali utjecaj na vrijednost AMWC-a.
Za usporedbu performansi fotometra temeljenog na MWC-u sa spektrofotometrom temeljenim na kiveti, otopina crvene tinte korištena je kao uzorak boje zbog svoje izvrsne stabilnosti boje i dobre linearnosti koncentracije i apsorbancije, a DI H2O kao slijepi uzorak. Kao što je prikazano u Tablici 1, niz otopina crvene tinte pripremljen je metodom serijskog razrjeđivanja korištenjem DI H2O kao otapala. Relativna koncentracija uzorka 1 (S1), nerazrijeđene izvorne crvene boje, određena je kao 1,0. Na sl. Slika 2 prikazuje optičke fotografije 11 uzoraka crvene tinte (S4 do S14) s relativnim koncentracijama (navedenim u Tablici 1) u rasponu od 8,0 × 10–3 (lijevo) do 8,2 × 10–10 (desno).
Rezultati mjerenja za uzorak 6 prikazani su na slici 3(a). Točke prebacivanja između obojenih i praznih uzoraka označene su na slici dvostrukim strelicama „↔“. Može se vidjeti da izlazni napon brzo raste pri prelasku s uzoraka u boji na prazne uzorke i obrnuto. Vcolor, Vblank i odgovarajući ΔV mogu se dobiti kao što je prikazano na slici.
(a) Rezultati mjerenja za uzorak 6, (b) uzorak 9, (c) uzorak 13 i (d) uzorak 14 korištenjem fotometra temeljenog na MWC-u.
Rezultati mjerenja za uzorke 9, 13 i 14 prikazani su na slikama 3(b)-(d). Kao što je prikazano na slici 3(d), izmjereni ΔV iznosi samo 5 nV, što je gotovo 3 puta više od vrijednosti šuma (2 nV). Mali ΔV teško je razlikovati od šuma. Stoga je granica detekcije dosegla relativnu koncentraciju od 8,2 × 10⁻⁹ (uzorak 14). Uz pomoć jednadžbi 1, apsorbancija AMWC-a može se izračunati iz izmjerenih vrijednosti Vcolor, Vblank i Vdark. Za fotodetektor s pojačanjem od 10⁻⁴, Vdark je -0,68 μV. Rezultati mjerenja za sve uzorke sažeti su u tablici 1 i mogu se pronaći u dodatnom materijalu. Kao što je prikazano u tablici 1, apsorbancija pronađena pri visokim koncentracijama zasićuje, pa se apsorbancija iznad 3,7 ne može mjeriti spektrometrima temeljenim na MWC-u.
Za usporedbu, uzorak crvene tinte također je izmjeren spektrofotometrom, a izmjerena apsorbancija Acuvette prikazana je na slici 4. Vrijednosti Acuvette na 505 nm (kao što je prikazano u tablici 1) dobivene su pozivanjem na krivulje uzoraka 10, 11 ili 12 (kao što je prikazano na umetku). na slici 4) kao osnovnu liniju. Kao što je prikazano, granica detekcije dosegla je relativnu koncentraciju od 2,56 x 10-6 (uzorak 9) jer su krivulje apsorpcije uzoraka 10, 11 i 12 bile nerazlučive jedna od druge. Dakle, pri korištenju fotometra temeljenog na MWC-u, granica detekcije poboljšana je za faktor 3125 u usporedbi sa spektrofotometrom temeljenim na kiveti.
Ovisnost apsorpcije i koncentracije prikazana je na slici 5. Za mjerenja s kivetom, apsorbancija je proporcionalna koncentraciji tinte pri duljini puta od 1 cm. Dok je za mjerenja temeljena na MWC-u uočen nelinearni porast apsorbancije pri niskim koncentracijama. Prema Beerovom zakonu, apsorbancija je proporcionalna duljini optičkog puta, pa je apsorpcijski dobitak AEF (definiran kao AEF = AMWC/Acuvette pri istoj koncentraciji tinte) omjer MWC-a i duljine optičkog puta kivete. Kao što je prikazano na slici 5, pri visokim koncentracijama, konstanta AEF je oko 7,0, što je razumno budući da je duljina MWC-a točno 7 puta veća od duljine kivete od 1 cm. Međutim, pri niskim koncentracijama (srodna koncentracija <1,28 × 10-5), AEF se povećava sa smanjenjem koncentracije i dosegao bi vrijednost od 803 pri srodnoj koncentraciji od 8,2 × 10-10 ekstrapolacijom krivulje mjerenja temeljenog na kiveti. Međutim, pri niskim koncentracijama (srodna koncentracija <1,28 × 10-5), AEF se povećava sa smanjenjem koncentracije i dosegao bi vrijednost od 803 pri srodnoj koncentraciji od 8,2 × 10-10 ekstrapolacijom krivulje mjerenja temeljenog na kiveti. Međutim, pri niskim koncentracijama (koncentracija nositelja <1,28 × 10–5) AEF se povećava s smanjenom koncentracijom i može postići vrijednosti 803 pri relativnoj koncentraciji 8,2 × 10–10 pri ekstrapolaciji krivog mjerenja na temelju kjuveta. Međutim, pri niskim koncentracijama (relativna koncentracija <1,28 × 10–5), AEF se povećava sa smanjenjem koncentracije i može doseći vrijednost od 803 pri relativnoj koncentraciji od 8,2 × 10–10 kada se ekstrapolira iz mjerne krivulje na temelju kivete.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，在相关浓度为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 时 达到 达到 达到 达到 达到803 值。 Međutim, pri niskim koncentracijama (relevantne koncentracije < 1,28 × 10-5) AEP se povećava sa smanjenom koncentracijom, a uz ekstrapolaciju krivog mjerenja na temelju kjuveta postiže vrijednost u odnosu na koncentraciju 8,2 × 10–10 803 . Međutim, pri niskim koncentracijama (relevantne koncentracije < 1,28 × 10-5) AED se povećava sa smanjenjem koncentracije, a kada se ekstrapolira iz krivulje mjerenja temeljene na kiveti, doseže relativnu vrijednost koncentracije od 8,2 × 10–10 803.To rezultira odgovarajućim optičkim putem od 803 cm (AEF × 1 cm), što je mnogo dulje od fizičke duljine MWC-a, pa čak i dulje od najdužeg komercijalno dostupnog LWC-a (500 cm od World Precision Instruments, Inc.). Doko Engineering LLC ima duljinu od 200 cm. Ovo nelinearno povećanje apsorpcije u LWC-u nije prethodno zabilježeno.
Na sl. 6(a)-(c) prikazane su optička slika, mikroskopska slika i optička profilna slika unutarnje površine MWC dijela. Kao što je prikazano na sl. 6(a), unutarnja površina je glatka i sjajna, može reflektirati vidljivu svjetlost i visoko je reflektirajuća. Kao što je prikazano na sl. 6(b), zbog deformabilnosti i kristalne prirode metala, na glatkoj površini pojavljuju se male udubine i nepravilnosti. S obzirom na malu površinu (<5 μm × 5 μm), hrapavost većine površine je manja od 1,2 nm (slika 6(c)). S obzirom na malu površinu (<5 μm × 5 μm), hrapavost većine površine je manja od 1,2 nm (slika 6(c)). U vidu male površine (<5 mkm×5 mkm) širina površine većeg dijela iznosi manje od 1,2 nm (slika 6(v)). Zbog male površine (<5 µm × 5 µm), hrapavost većeg dijela površine je manja od 1,2 nm (slika 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））). Nevelika učitana površina (<5 mkm × 5 mkm), širina većine površina iznosi manje od 1,2 nm (slika 6(v)). S obzirom na malu površinu (<5 µm × 5 µm), hrapavost većine površina je manja od 1,2 nm (slika 6(c)).
(a) Optička slika, (b) mikroskopska slika i (c) optička slika unutarnje površine MWC reza.
Kao što je prikazano na sl. 7(a), optički put LOP u kapilari određen je kutom upada θ (LOP = LC/sinθ, gdje je LC fizička duljina kapilare). Za teflonske AF kapilare ispunjene s DI H2O, kut upada mora biti veći od kritičnog kuta od 77,8°, tako da je LOP manji od 1,02 × LC bez daljnjeg poboljšanja3,6. Dok je kod MWC-a ograničavanje svjetlosti unutar kapilare neovisno o indeksu loma ili kutu upada, tako da kako se kut upada smanjuje, put svjetlosti može biti mnogo dulji od duljine kapilare (LOP » LC). Kao što je prikazano na sl. 7(b), valovita metalna površina može izazvati raspršenje svjetlosti, što može uvelike povećati optički put.
Stoga postoje dva svjetlosna puta za MWC: izravna svjetlost bez refleksije (LOP = LC) i pilastična svjetlost s višestrukim refleksijama između bočnih stijenki (LOP » LC). Prema Beerovom zakonu, intenzitet propuštene izravne i cik-cak svjetlosti može se izraziti kao PS×exp(-α×LC) odnosno PZ×exp(-α×LOP), gdje je konstanta α koeficijent apsorpcije, koji u potpunosti ovisi o koncentraciji tinte.
Za tintu visoke koncentracije (npr. srodna koncentracija >1,28 × 10-5), cik-cak svjetlost je jako prigušena i njezin je intenzitet mnogo niži od intenziteta ravne svjetlosti zbog velikog koeficijenta apsorpcije i mnogo duljeg optičkog puta. Za tintu visoke koncentracije (npr. srodna koncentracija >1,28 × 10-5), cik-cak svjetlost je jako prigušena i njezin je intenzitet mnogo niži od intenziteta ravne svjetlosti zbog velikog koeficijenta apsorpcije i mnogo duljeg optičkog puta. Za crnilo s visokom koncentracijom (na primjer, odnosna koncentracija >1,28 × 10-5) cik-cagoobrazni svijet jako zagušuje, a njegova intenzivnost je mnogo niža nego u samom svjetlu, iz-za većeg koeficijenta pogloštenja i mnogo duljeg optičkog ilučenja. Za tintu visoke koncentracije (npr. relativna koncentracija >1,28×10-5), cik-cak svjetlost je snažno prigušena i njezin je intenzitet znatno niži od intenziteta izravne svjetlosti zbog velikog koeficijenta apsorpcije i znatno dulje optičke emisije.staza.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Za crnilo s visokom koncentracijom (na primjer, relevantna koncentracija >1,28×10-5) cik-cagoobrazni svijet znatno oslabi, a njegova jačina je mnogo niža nego u samom svjetlu iz-za većeg koeficijenta gušenja i dužeg optičkog vremena. Za tinte visoke koncentracije (npr. relevantne koncentracije >1,28 × 10-5), cik-cak svjetlost je značajno oslabljena i njezin je intenzitet mnogo niži od intenziteta izravne svjetlosti zbog velikog koeficijenta apsorpcije i duljeg optičkog vremena.mala cesta.Dakle, izravna svjetlost je dominirala određivanjem apsorbancije (LOP=LC), a AEF je održavan konstantnim na ~7,0. Nasuprot tome, kada se koeficijent apsorpcije smanjuje sa smanjenjem koncentracije tinte (npr. povezana koncentracija <1,28 × 10-5), intenzitet cik-cak svjetlosti raste brže od intenziteta ravne svjetlosti i tada cik-cak svjetlost počinje igrati važniju ulogu. Nasuprot tome, kada se koeficijent apsorpcije smanjuje sa smanjenjem koncentracije tinte (npr. povezana koncentracija <1,28 × 10-5), intenzitet cik-cak svjetlosti raste brže od intenziteta ravne svjetlosti i tada cik-cak svjetlost počinje igrati važniju ulogu. Nasuprot tome, kada se koeficijent pogloštenja smanjuje s smanjenjem koncentracije crnila (na primjer, odnosna koncentracija <1,28 × 10-5), intenzitet cik-cakoobraznog svijeta povećava se brže nego u samom svijetu, i počinje igrati cikcakoobrazni svijet. Naprotiv, kada se koeficijent apsorpcije smanjuje sa smanjenjem koncentracije tinte (na primjer, relativna koncentracija <1,28 × 10-5), intenzitet cik-cak svjetla raste brže od intenziteta izravnog svjetla, a zatim se počinje reproducirati cik-cak svjetlo.važniju ulogu.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。 I uostalom, kada se koeficijent pogloštenja smanjuje sa smanjenjem koncentracije crnila (na primjer, odgovarajuća koncentracija < 1,28×10-5), intenzitet cik-cak svjetla povećava se brže nego izravno, a uloga cik-cak svijeta počinje igrati važnije. Suprotno tome, kada se koeficijent apsorpcije smanjuje sa smanjenjem koncentracije tinte (na primjer, odgovarajuća koncentracija < 1,28 × 10⁻⁶), intenzitet cik-cak svjetla raste brže od izravnog svjetla, a tada cik-cak svjetlo počinje igrati važniju ulogu.uloga lika.Stoga se, zbog optičkog puta u obliku pile (LOP » LC), AEF može povećati za mnogo više od 7,0. Precizne karakteristike prijenosa svjetlosti MWC-a mogu se dobiti korištenjem teorije valovodnog moda.
Osim poboljšanja optičkog puta, brzo prebacivanje uzoraka također doprinosi ultraniskim granicama detekcije. Zbog malog volumena MCC-a (0,16 ml), vrijeme potrebno za prebacivanje i promjenu otopina u MCC-u može biti manje od 20 sekundi. Kao što je prikazano na slici 5, minimalna detektabilna vrijednost AMWC-a (2,5 × 10–4) je 4 puta niža od one kod Acuvette-a (1,0 × 10–3). Brzo prebacivanje otopine koja teče u kapilari smanjuje učinak šuma sustava (npr. drift) na točnost razlike apsorbancije u usporedbi s otopinom za zadržavanje u kiveti. Na primjer, kao što je prikazano na slici 3(b)-(d), ΔV se može lako razlikovati od signala drifta zbog brzog prebacivanja uzorka u kapilari malog volumena.
Kao što je prikazano u Tablici 2, niz otopina glukoze različitih koncentracija pripremljen je korištenjem DI H2O kao otapala. Obojeni ili slijepi uzorci pripremljeni su miješanjem otopine glukoze ili deionizirane vode s kromogenim otopinama glukoza oksidaze (GOD) i peroksidaze (POD) 37 u fiksnom omjeru volumena 3:1. Na slici 8 prikazane su optičke fotografije devet obojenih uzoraka (S2-S10) s koncentracijama glukoze u rasponu od 2,0 mM (lijevo) do 5,12 nM (desno). Crvenilo se smanjuje sa smanjenjem koncentracije glukoze.
Rezultati mjerenja uzoraka 4, 9 i 10 fotometrom baziranim na MWC-u prikazani su na slikama 9(a)-(c). Kao što je prikazano na slici 9(c), izmjereni ΔV postaje manje stabilan i polako se povećava tijekom mjerenja kako se boja samog GOD-POD reagensa (čak i bez dodavanja glukoze) polako mijenja na svjetlu. Stoga se uzastopna mjerenja ΔV ne mogu ponavljati za uzorke s koncentracijom glukoze manjom od 5,12 nM (uzorak 10), jer kada je ΔV dovoljno mali, nestabilnost GOD-POD reagensa više se ne može zanemariti. Stoga je granica detekcije za otopinu glukoze 5,12 nM, iako je odgovarajuća vrijednost ΔV (0,52 µV) mnogo veća od vrijednosti šuma (0,03 µV), što ukazuje na to da se mali ΔV još uvijek može detektirati. Ova granica detekcije može se dodatno poboljšati korištenjem stabilnijih kromogenih reagensa.
(a) Rezultati mjerenja za uzorak 4, (b) uzorak 9 i (c) uzorak 10 korištenjem fotometra temeljenog na MWC-u.
Apsorbancija AMWC-a može se izračunati korištenjem izmjerenih vrijednosti Vcolor, Vblank i Vdark. Za fotodetektor s pojačanjem od 105 Vdark je -0,068 μV. Mjerenja za sve uzorke mogu se postaviti u dodatnom materijalu. Za usporedbu, uzorci glukoze također su izmjereni spektrofotometrom, a izmjerena apsorbancija Acuvettea dosegla je granicu detekcije od 0,64 µM (uzorak 7) kao što je prikazano na slici 10.
Odnos između apsorbancije i koncentracije prikazan je na slici 11. S fotometrom temeljenim na MWC-u postignuto je 125 puta veće poboljšanje granice detekcije u usporedbi sa spektrofotometrom temeljenim na kiveti. Ovo poboljšanje je niže od testa s crvenom tintom zbog slabe stabilnosti GOD-POD reagensa. Također je uočen nelinearni porast apsorbancije pri niskim koncentracijama.
Fotometar temeljen na MWC-u razvijen je za ultraosjetljivo otkrivanje tekućih uzoraka. Optički put može se znatno povećati i biti puno duži od fizičke duljine MWC-a, jer se svjetlost raspršena valovitim glatkim metalnim bočnim stijenkama može zadržati unutar kapilare bez obzira na kut upada. Koncentracije niske do 5,12 nM mogu se postići korištenjem konvencionalnih GOD-POD reagensa zahvaljujući novom nelinearnom optičkom pojačanju i brzoj promjeni uzoraka te detekciji glukoze. Ovaj kompaktni i jeftin fotometar široko će se koristiti u znanostima o životu i praćenju okoliša za analizu tragova.
Kao što je prikazano na slici 1, fotometar baziran na MWC-u sastoji se od 7 cm dugog MWC-a (unutarnji promjer 1,7 mm, vanjski promjer 3,18 mm, elektropolirana unutarnja površina EP klase, kapilara od nehrđajućeg čelika SUS316L), LED diode valne duljine 505 nm (Thorlabs M505F1) i leća (širenje snopa oko 6,6 stupnjeva), fotodetektora s promjenjivim pojačanjem (Thorlabs PDB450C) i dva T-konektora za optičku komunikaciju i ulaz/izlaz tekućine. T-konektor je izrađen lijepljenjem prozirne kvarcne ploče na PMMA cijev u koju su čvrsto umetnute i zalijepljene MWC i Peek cijevi (unutarnji promjer 0,72 mm, vanjski promjer 1,6 mm, Vici Valco Corp.). Trosmjerni ventil spojen na Pike ulaznu cijev koristi se za prebacivanje dolaznog uzorka. Fotodetektor može pretvoriti primljenu optičku snagu P u pojačani naponski signal N×V (gdje je V/P = 1,0 V/W na 1550 nm, pojačanje N se može ručno podesiti u rasponu od 103-107). Radi kratkoće, kao izlazni signal koristi se V umjesto N×V.
Za usporedbu, za mjerenje apsorbancije tekućih uzoraka korišten je i komercijalni spektrofotometar (Agilent Technologies Cary 300 serija s R928 visokoučinkovitim fotomultiplikatorom) s kivetnom ćelijom od 1,0 cm.
Unutarnja površina MWC reza ispitana je optičkim površinskim profilerom (ZYGO New View 5022) s vertikalnom i lateralnom rezolucijom od 0,1 nm odnosno 0,11 µm.
Sve kemikalije (analitičke čistoće, bez daljnjeg pročišćavanja) kupljene su od tvrtke Sichuan Chuangke Biotechnology Co., Ltd. Kompleti za testiranje glukoze uključuju glukoza oksidazu (GOD), peroksidazu (POD), 4-aminoantipirin i fenol itd. Kromogena otopina pripremljena je uobičajenom GOD-POD 37 metodom.
Kao što je prikazano u Tablici 2, niz otopina glukoze različitih koncentracija pripremljen je korištenjem DI H2O kao razrjeđivača metodom serijskog razrjeđivanja (za detalje pogledajte Dodatne materijale). Pripremite obojene ili slijepe uzorke miješanjem otopine glukoze ili deionizirane vode s kromogenom otopinom u fiksnom omjeru volumena 3:1. Svi uzorci pohranjeni su na 37 °C zaštićeni od svjetlosti 10 minuta prije mjerenja. U GOD-POD metodi, obojeni uzorci postaju crveni s maksimumom apsorpcije na 505 nm, a apsorpcija je gotovo proporcionalna koncentraciji glukoze.
Kao što je prikazano u Tablici 1, niz otopina crvene tinte (Ostrich Ink Co., Ltd., Tianjin, Kina) pripremljen je metodom serijskog razrjeđivanja korištenjem DI H2O kao otapala.
Kako citirati ovaj članak: Bai, M. i dr. Kompaktni fotometar temeljen na metalnim kapilarama valovoda: za određivanje nanomolarnih koncentracija glukoze. the science. 5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
Dress, P. & Franke, H. Povećanje točnosti analize tekućina i kontrole pH vrijednosti korištenjem valovoda s tekućinskom jezgrom. Dress, P. & Franke, H. Povećanje točnosti analize tekućina i kontrole pH vrijednosti korištenjem valovoda s tekućinskom jezgrom.Dress, P. i Franke, H. Poboljšanje točnosti analize tekućina i kontrole pH vrijednosti pomoću valovoda s tekućom jezgrom. 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. i Franke, H. Poboljšanje točnosti analize tekućina i kontrole pH vrijednosti korištenjem valovoda s tekućom jezgrom.Prebacite se na znanost. meter. 68, 2167–2171 (1997).
Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ i Hansell, DA Kontinuirano kolorimetrijsko određivanje tragova amonijaka u morskoj vodi pomoću kapilarne ćelije s tekućim valovodom dugog puta. Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ i Hansell, DA Kontinuirano kolorimetrijsko određivanje tragova amonijaka u morskoj vodi pomoću kapilarne ćelije s tekućim valovodom dugog puta.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ i Hansel, DA Kontinuirano kolorimetrijsko određivanje tragova amonijaka u morskoj vodi pomoću kapilarne ćelije s tekućim valovodom. 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 i Hansel, DA Kontinuirano kolorimetrijsko određivanje tragova amonijaka u morskoj vodi korištenjem kapilara dugog dometa s tekućim valovodom.Kemija u ožujku, 96, 73–85 (2005).
Páscoa, RNMJ, Tóth, IV i Rangel, AOSS. Pregled nedavnih primjena kapilarne ćelije s tekućim valovodom u tehnikama analize temeljenim na protoku radi povećanja osjetljivosti spektroskopskih metoda detekcije. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV i Rangel, AOSS. Pregled nedavnih primjena kapilarne ćelije s tekućim valovodom u tehnikama analize temeljenim na protoku radi povećanja osjetljivosti spektroskopskih metoda detekcije.Pascoa, RNMJ, Toth, IV i Rangel, AOSS Pregled nedavnih primjena kapilarne ćelije s tekućim valovodom u tehnikama analize protoka radi poboljšanja osjetljivosti spektroskopskih metoda detekcije. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV i 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 最新 ， 以 提高检测 方法 的。。。 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 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 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Pascoa, RNMJ, Toth, IV i Rangel, AOSS Pregled nedavnih primjena kapilarnih ćelija s tekućim valovodom u analitičkim metodama temeljenim na protoku radi povećanja osjetljivosti spektroskopskih metoda detekcije.anus. Kim. Zakon 739, 1-13 (2012).
Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Istraživanje debljine Ag i AgI filmova u kapilari za šuplje valovode. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Istraživanje debljine Ag i AgI filmova u kapilari za šuplje valovode.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. i Shen J. Istraživanje debljine filmova Ag, AgI u kapilari za šuplje valovode. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. i 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. Istraživanje debljine tankog filma Ag i AgI u zračnom kanalu.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. i Shen J. Istraživanje debljine tankog filma Ag, AgI u kapilarama šupljih valovoda.Infracrvena fizika. tehnologija 42, 501–508 (2001).
Gimbert, LJ, Haygarth, PM i Worsfold, PJ Određivanje nanomolarnih koncentracija fosfata u prirodnim vodama korištenjem ubrizgavanja protoka s kapilarnom ćelijom tekućeg valovoda dugog puta i spektrofotometrijske detekcije u čvrstom stanju. Gimbert, LJ, Haygarth, PM i Worsfold, PJ Određivanje nanomolarnih koncentracija fosfata u prirodnim vodama korištenjem ubrizgavanja protoka s kapilarnom ćelijom tekućeg valovoda dugog puta i spektrofotometrijske detekcije u čvrstom stanju.Gimbert, LJ, Haygarth, PM i Worsfold, PJ Određivanje nanomolarnih koncentracija fosfata u prirodnim vodama korištenjem ubrizgavanja protoka s kapilarnom ćelijom tekućeg valovoda i spektrofotometrijske detekcije u čvrstom stanju. 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 i Worsfold, PJ Određivanje koncentracije fosfata u prirodnoj vodi pomoću štrcaljke za tekućinu i kapilarne cijevi dugog dometa s tekućinskim valovodom.Gimbert, LJ, Haygarth, PM i Worsfold, PJ Određivanje nanomolarnog fosfata u prirodnoj vodi korištenjem injekcijskog toka i kapilarnog valovoda s dugim optičkim putem i spektrofotometrijske detekcije u čvrstom stanju.Taranta 71, 1624–1628 (2007).
Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Linearnost i efektivna optička duljina puta kapilarnih ćelija tekućeg valovoda. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Linearnost i efektivna optička duljina puta kapilarnih ćelija tekućeg valovoda.Belz M., Dress P., Suhitsky A. i Liu S. Linearnost i efektivna duljina optičkog puta u tekućim valovodima u kapilarnim ćelijama. 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. Linearnost i efektivna duljina tekuće vode.Belz M., Dress P., Suhitsky A. i Liu S. Linearna i efektivna duljina optičkog puta u tekućem valu kapilarne ćelije.SPIE 3856, 271–281 (1999).
Dallas, T. i Dasgupta, PK Svjetlo na kraju tunela: nedavne analitičke primjene valovoda s tekućom jezgrom. Dallas, T. i Dasgupta, PK Svjetlo na kraju tunela: nedavne analitičke primjene valovoda s tekućom jezgrom.Dallas, T. i Dasgupta, PK Svjetlo na kraju tunela: nedavne analitičke primjene valovoda s tekućom jezgrom. Dallas, T. & Dasgupta, PK Svjetlo na kraju tunela：液芯波导的最新分析应用。 Dallas, T. & Dasgupta, PK Svjetlo na kraju tunela：液芯波导的最新分析应用。Dallas, T. i Dasgupta, PK Svjetlo na kraju tunela: najnovija analitička primjena valovoda s tekućom jezgrom.TrAC, analiza trenda. Chemical. 23, 385–392 (2004).
Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR i McKelvie, ID Svestrana ćelija za detekciju fotometrije s potpunom unutarnjom refleksijom za analizu protoka. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR i McKelvie, ID Svestrana ćelija za detekciju fotometrije s potpunom unutarnjom refleksijom za analizu protoka.Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR i McKelvey, ID Univerzalna fotometrijska ćelija za potpunu unutarnju refleksiju za analizu protoka. 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 i McKelvie, IDEllis, PS, Gentle, BS, Grace, MR i McKelvey, ID Univerzalna TIR fotometrijska ćelija za analizu protoka.Taranta 79, 830–835 (2009).
Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ i McKelvie, ID Višerefleksijska fotometrijska protočna ćelija za upotrebu u analizi ubrizgavanja protoka estuarijskih voda. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ i McKelvie, ID Višerefleksijska fotometrijska protočna ćelija za upotrebu u analizi ubrizgavanja protoka estuarijskih voda.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ i McKelvey, ID Višestruko reflektirajuća fotometrijska protočna ćelija za upotrebu u analizi protoka estuarijskih voda. 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 i McKelvie, ID.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ i McKelvey, ID Višereflektirajuća fotometrijska protočna ćelija za analizu ubrizgavanja protoka u estuarijske vode.anus Chim. Acta 499, 81-89 (2003).
Pan, J. -Z., Yao, B. & Fang, Q. Ručni fotometar temeljen na detekciji apsorpcije valovoda s tekućom jezgrom za uzorke nanolitarske veličine. Pan, J.-Z., Yao, B. & Fang, Q. Ručni fotometar temeljen na detekciji apsorpcije valovoda s tekućom jezgrom za uzorke nanolitarske skale.Pan, J.-Z., Yao, B. i Fang, K. Ručni fotometar temeljen na detekciji apsorpcije valnih duljina tekuće jezgre za uzorke nanolitrene skale. 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. Na temelju 液芯波波水水水油法的纳法手手手持光度计。Pan, J.-Z., Yao, B. i Fang, K. Ručni fotometar s nanoskalnim uzorkom temeljen na detekciji apsorpcije u tekućem jezgrenom valu.Anus Chemical. 82, 3394–3398 (2010).
Zhang, J.-Z. Povećanje osjetljivosti analize protoka ubrizgavanja korištenjem kapilarne protočne ćelije s dugim optičkim putem za spektrofotometrijsku detekciju. anus. the science. 22, 57–60 (2006).
D'Sa, EJ i Steward, RG Primjena tekućeg kapilarnog valovoda u apsorpcijskoj spektroskopiji (Odgovor na komentar Byrnea i Kaltenbachera). D'Sa, EJ i Steward, RG Primjena tekućeg kapilarnog valovoda u apsorpcijskoj spektroskopiji (Odgovor na komentar Byrnea i Kaltenbachera).D'Sa, EJ i Steward, RG Primjena tekućih kapilarnih valovoda u apsorpcijskoj spektroskopiji (Odgovor na komentare Byrnea i Kaltenbachera). 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 Primjena tekućeg 毛绿波波对在apsorpcijskog spektra（回复Byrne和Kaltenbacher的评论）.D'Sa, EJ i Steward, RG Tekući kapilarni valovodi za apsorpcijsku spektroskopiju (kao odgovor na komentare Byrnea i Kaltenbachera).limonol. Oceanograf. 46, 742–745 (2001).
Khijwania, SK i Gupta, BD Senzor apsorpcije evanescentnog polja s optičkim vlaknima: Utjecaj parametara vlakana i geometrije sonde. Khijwania, SK i Gupta, BD Senzor apsorpcije evanescentnog polja s optičkim vlaknima: Utjecaj parametara vlakana i geometrije sonde.Hijvania, SK i Gupta, BD Senzor apsorpcije evanescentnog polja optičkih vlakana: Utjecaj parametara vlakana i geometrije sonde. 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, SK i Gupta, BDHijvania, SK i Gupta, BD Senzori s optičkim vlaknima za apsorpciju evanescentnog polja: utjecaj parametara vlakana i geometrije sonde.Optika i kvantna elektronika 31, 625–636 (1999).
Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Kutni izlaz šupljih, metalom obloženih, valovodnih Ramanovih senzora. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Kutni izlaz šupljih, metalom obloženih, valovodnih Ramanovih senzora.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. i Woodruff, SD Kutni izlaz Ramanovih senzora sa šupljim valovodom i metalnom oblogom. Biedrzycki, S., Burić, MP, Falk, J. & Woodruff, SD 空心金属内衬波导拉曼传感器的角输出。 Biedrzycki, S., Burić, MP, Falk, J. & Woodruff, SD.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. i Woodruff, SD Kutni izlaz Ramanovog senzora s valovodom od golog metala.prijava za izbor 51, 2023.-2025. (2012.).
Harrington, JA Pregled šupljih valovoda za IR prijenos. integracija vlakana. za odabir. 19, 211–227 (2000).