Terima kasih telah mengunjungi Nature.com. Versi peramban yang Anda gunakan memiliki dukungan CSS yang terbatas. Untuk pengalaman terbaik, kami sarankan Anda menggunakan peramban yang lebih baru (atau menonaktifkan Mode Kompatibilitas di Internet Explorer). Sementara itu, untuk memastikan dukungan berkelanjutan, kami akan menampilkan situs tanpa gaya dan JavaScript.
Analisis jejak sampel cair memiliki berbagai aplikasi dalam ilmu hayati dan pemantauan lingkungan. Dalam penelitian ini, kami telah mengembangkan fotometer kompak dan murah berdasarkan kapiler pandu gelombang logam (MCC) untuk penentuan absorpsi yang sangat sensitif. Jalur optik dapat ditingkatkan secara signifikan, dan jauh lebih panjang daripada panjang fisik MWC, karena cahaya yang dihamburkan oleh dinding samping logam halus bergelombang dapat terkandung di dalam kapiler tanpa memperhatikan sudut datangnya cahaya. Konsentrasi serendah 5,12 nM dapat dicapai menggunakan reagen kromogenik umum karena amplifikasi optik non-linier baru dan pengalihan sampel yang cepat serta deteksi glukosa.
Fotometri banyak digunakan untuk analisis jejak sampel cair karena banyaknya reagen kromogenik dan perangkat optoelektronik semikonduktor yang tersedia1,2,3,4,5. Dibandingkan dengan penentuan absorbansi berbasis kuvet tradisional, kapiler pandu gelombang cair (LWC) memantulkan (TIR) ​​dengan menjaga cahaya probe di dalam kapiler1,2,3,4,5. Namun, tanpa peningkatan lebih lanjut, jalur optik hanya mendekati panjang fisik LWC3,6, dan peningkatan panjang LWC di atas 1,0 m akan mengalami atenuasi cahaya yang kuat dan risiko gelembung yang tinggi, dll.3, 7. Mengenai sel multi-refleksi yang diusulkan untuk peningkatan jalur optik, batas deteksi hanya meningkat sebesar faktor 2,5-8,9.
Saat ini terdapat dua jenis utama LWC, yaitu kapiler Teflon AF (memiliki indeks bias hanya ~1,3, yang lebih rendah daripada air) dan kapiler silika yang dilapisi dengan Teflon AF atau film logam1,3,4. Untuk mencapai TIR pada antarmuka antara material dielektrik, diperlukan material dengan indeks bias rendah dan sudut datang cahaya yang tinggi3,6,10. Berkaitan dengan kapiler Teflon AF, Teflon AF bersifat bernapas karena strukturnya yang berpori3,11 dan dapat menyerap sejumlah kecil zat dalam sampel air. Untuk kapiler kuarsa yang dilapisi di bagian luar dengan Teflon AF atau logam, indeks bias kuarsa (1,45) lebih tinggi daripada sebagian besar sampel cairan (misalnya 1,33 untuk air)3,6,12,13. Untuk kapiler yang dilapisi dengan lapisan logam di dalamnya, sifat transport telah dipelajari14,15,16,17,18, namun proses pelapisannya rumit, permukaan lapisan logam memiliki struktur yang kasar dan berpori4,19.
Selain itu, LWC komersial (Kapiler Berlapis Teflon AF dan Kapiler Silika Berlapis Teflon AF, World Precision Instruments, Inc.) memiliki beberapa kekurangan lain, seperti: untuk kesalahan. . Volume mati yang besar dari TIR3,10, (2) Konektor T (untuk menghubungkan kapiler, serat, dan tabung masuk/keluar) dapat menjebak gelembung udara10.
Pada saat yang sama, penentuan kadar glukosa sangat penting untuk diagnosis diabetes, sirosis hati, dan penyakit mental20. Banyak metode deteksi seperti fotometri (termasuk spektrofotometri 21, 22, 23, 24, 25 dan kolorimetri pada kertas 26, 27, 28), galvanometri 29, 30, 31, fluorometri 32, 33, 34, 35, polarimetri optik 36, resonansi plasmon permukaan 37, rongga Fabry-Perot 38, elektrokimia 39 dan elektroforesis kapiler 40,41 dan sebagainya. Namun, sebagian besar metode ini membutuhkan peralatan yang mahal, dan deteksi glukosa pada konsentrasi beberapa nanomolar tetap menjadi tantangan (misalnya, untuk pengukuran fotometri21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, konsentrasi glukosa terendah). Batasan tersebut hanya 30 nM ketika nanopartikel Prussian blue digunakan sebagai peniru peroksidase). Analisis glukosa nanomolar sering diperlukan untuk studi seluler tingkat molekuler seperti penghambatan pertumbuhan kanker prostat manusia42 dan perilaku fiksasi CO2 Prochlorococcus di laut.
Dalam artikel ini, dikembangkan fotometer kompak dan murah berbasis kapiler pandu gelombang logam (MWC), kapiler baja tahan karat SUS316L dengan permukaan bagian dalam yang dipoles secara elektrolitik, untuk penentuan absorpsi ultrasensitif. Karena cahaya dapat terperangkap di dalam kapiler logam tanpa memperhatikan sudut datang, jalur optik dapat ditingkatkan secara signifikan melalui hamburan cahaya pada permukaan logam bergelombang dan halus, dan jauh lebih panjang daripada panjang fisik MWC. Selain itu, konektor T sederhana dirancang untuk koneksi optik dan saluran masuk/keluar fluida untuk meminimalkan volume mati dan menghindari jebakan gelembung. Untuk fotometer MWC 7 cm, batas deteksi ditingkatkan sekitar 3000 kali dibandingkan dengan spektrofotometer komersial dengan kuvet 1 cm karena peningkatan baru pada jalur optik non-linier dan pergantian sampel yang cepat, dan konsentrasi deteksi glukosa juga dapat dicapai hanya 5,12 nM menggunakan reagen kromogenik umum.
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, fotometer berbasis MWC terdiri dari MWC sepanjang 7 cm dengan permukaan bagian dalam yang dipoles secara elektrolitik kelas EP, LED 505 nm dengan lensa, fotodetektor dengan penguatan yang dapat disesuaikan, dan dua saluran untuk kopling optik dan input/output cairan. Katup tiga arah yang terhubung ke tabung inlet Pike digunakan untuk mengalihkan sampel yang masuk. Tabung Peek terpasang rapat pada pelat kuarsa dan MWC, sehingga volume mati pada konektor T dijaga seminimal mungkin, secara efektif mencegah gelembung udara terperangkap. Selain itu, berkas kolimasi dapat dengan mudah dan efisien dimasukkan ke dalam MWC melalui pelat kuarsa T-piece.
Berkas cahaya dan sampel cair dimasukkan ke dalam MCC melalui sambungan T, dan berkas cahaya yang melewati MCC diterima oleh fotodetektor. Larutan sampel berwarna atau kosong yang masuk secara bergantian dimasukkan ke dalam ICC melalui katup tiga arah. Menurut hukum Beer, kerapatan optik sampel berwarna dapat dihitung dari persamaan 1.10.
di mana Vcolor dan Vblank adalah sinyal keluaran fotodetektor ketika sampel warna dan kosong dimasukkan ke dalam MCC, masing-masing, dan Vdark adalah sinyal latar belakang fotodetektor ketika LED dimatikan. Perubahan sinyal keluaran ΔV = Vcolor–Vblank dapat diukur dengan mengganti sampel. Menurut persamaan tersebut, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, jika ΔV jauh lebih kecil daripada Vblank–Vdark, ketika menggunakan skema pergantian sampel, perubahan kecil pada Vblank (misalnya drift) dapat memiliki sedikit pengaruh pada nilai AMWC.
Untuk membandingkan kinerja fotometer berbasis MWC dengan spektrofotometer berbasis kuvet, larutan tinta merah digunakan sebagai sampel warna karena stabilitas warnanya yang sangat baik dan linearitas konsentrasi-absorbansi yang baik, dengan air deionisasi (DI H2O) sebagai sampel kosong. Seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1, serangkaian larutan tinta merah disiapkan dengan metode pengenceran serial menggunakan DI H2O sebagai pelarut. Konsentrasi relatif sampel 1 (S1), cat merah asli yang tidak diencerkan, ditentukan sebagai 1,0. Pada Gambar 2 menunjukkan foto optik dari 11 sampel tinta merah (S4 hingga S14) dengan konsentrasi relatif (tercantum dalam Tabel 1) berkisar dari 8,0 × 10–3 (kiri) hingga 8,2 × 10–10 (kanan).
Hasil pengukuran untuk sampel 6 ditunjukkan pada Gambar 3(a). Titik peralihan antara sampel berwarna dan sampel kosong ditandai pada gambar dengan panah ganda “↔”. Dapat dilihat bahwa tegangan keluaran meningkat dengan cepat ketika beralih dari sampel berwarna ke sampel kosong dan sebaliknya. Vcolor, Vblank dan ΔV yang sesuai dapat diperoleh seperti yang ditunjukkan pada gambar.
(a) Hasil pengukuran untuk sampel 6, (b) sampel 9, (c) sampel 13, dan (d) sampel 14 menggunakan fotometer berbasis MWC.
Hasil pengukuran untuk sampel 9, 13, dan 14 ditunjukkan pada Gambar 3(b)-(d), masing-masing. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3(d), ΔV yang terukur hanya 5 nV, yang hampir 3 kali nilai noise (2 nV). ΔV yang kecil sulit dibedakan dari noise. Dengan demikian, batas deteksi mencapai konsentrasi relatif 8,2×10⁻¹⁰ (sampel 14). Dengan bantuan persamaan 1, absorbansi AMWC dapat dihitung dari nilai Vcolor, Vblank, dan Vdark yang terukur. Untuk fotodetektor dengan gain 10⁴, Vdark adalah -0,68 μV. Hasil pengukuran untuk semua sampel dirangkum dalam Tabel 1 dan dapat ditemukan dalam materi tambahan. Seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1, absorbansi yang ditemukan pada konsentrasi tinggi jenuh, sehingga absorbansi di atas 3,7 tidak dapat diukur dengan spektrometer berbasis MWC.
Sebagai perbandingan, sampel tinta merah juga diukur dengan spektrofotometer dan absorbansi Acuvette yang terukur ditunjukkan pada Gambar 4. Nilai Acuvette pada 505 nm (seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1) diperoleh dengan mengacu pada kurva sampel 10, 11, atau 12 (seperti yang ditunjukkan pada sisipan Gambar 4) sebagai garis dasar. Seperti yang ditunjukkan, batas deteksi mencapai konsentrasi relatif 2,56 x 10⁻⁶ (sampel 9) karena kurva absorbsi sampel 10, 11, dan 12 tidak dapat dibedakan satu sama lain. Dengan demikian, ketika menggunakan fotometer berbasis MWC, batas deteksi ditingkatkan sebesar faktor 3125 dibandingkan dengan spektrofotometer berbasis kuvet.
Ketergantungan penyerapan-konsentrasi disajikan pada Gambar 5. Untuk pengukuran kuvet, absorbansi berbanding lurus dengan konsentrasi tinta pada panjang lintasan 1 cm. Sedangkan, untuk pengukuran berbasis MWC, peningkatan absorbansi non-linier diamati pada konsentrasi rendah. Menurut hukum Beer, absorbansi berbanding lurus dengan panjang lintasan optik, sehingga peningkatan penyerapan AEF (didefinisikan sebagai AEF = AMWC/Acuvette pada konsentrasi tinta yang sama) adalah rasio MWC terhadap panjang lintasan optik kuvet. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5, pada konsentrasi tinggi, konstanta AEF sekitar 7,0, yang masuk akal karena panjang MWC tepat 7 kali panjang kuvet 1 cm. Namun, pada konsentrasi rendah (konsentrasi terkait <1,28 × 10⁻⁵), AEF meningkat seiring dengan penurunan konsentrasi dan akan mencapai nilai 803 pada konsentrasi terkait 8,2 × 10⁻¹⁰ dengan mengekstrapolasi kurva pengukuran berbasis kuvet. Namun, pada konsentrasi rendah (konsentrasi terkait <1,28 × 10⁻⁵), AEF meningkat seiring dengan penurunan konsentrasi dan akan mencapai nilai 803 pada konsentrasi terkait 8,2 × 10⁻¹⁰ dengan mengekstrapolasi kurva pengukuran berbasis kuvet. Однако при низких концентрациях (относительная концентрация <1,28 × 10–5) AEF увеличивается с tagihan listrik dan tagihan listrik 803 untuk jumlah yang sama 8,2 × 10–10 untuk perhitungan yang lebih tinggi кюветы. Namun, pada konsentrasi rendah (konsentrasi relatif <1,28 × 10–5), AEF meningkat seiring dengan penurunan konsentrasi dan dapat mencapai nilai 803 pada konsentrasi relatif 8,2 × 10–10 bila diekstrapolasi dari kurva pengukuran berbasis kuvet.然而,在低浓度（相关浓度<1.28 × 10-5 ）下,AEF 8,2 × 10-10时将达到803 的值。然而 , 在 低 浓度 （相关 浓度 <1,28 × 10-5） , , AEF 随着 的 降低 而 , 并且 通过 外推 基于比色皿 测量 曲线 , 在 浓度 为 8.2 × 10-10 时 达到 达到 达到 达到 达到803 值。 Однако при низких концентрациях (релевантные концентрации < 1,28 × 10-5) АЭП увеличивается с manajemen keuangan, dan keterampilan jumlah yang diperlukan untuk menghitung jumlah tombol 8,2 × 10–10 803 . Namun, pada konsentrasi rendah (konsentrasi relevan < 1,28 × 10⁻⁵) AED meningkat seiring dengan penurunan konsentrasi, dan ketika diekstrapolasi dari kurva pengukuran berbasis kuvet, ia mencapai nilai konsentrasi relatif sebesar 8,2 × 10⁻¹⁰ 80³ .Hal ini menghasilkan jalur optik yang sesuai sebesar 803 cm (AEF × 1 cm), yang jauh lebih panjang daripada panjang fisik MWC, dan bahkan lebih panjang daripada LWC terpanjang yang tersedia secara komersial (500 cm dari World Precision Instruments, Inc.). Doko Engineering LLC memiliki panjang 200 cm). Peningkatan penyerapan non-linier pada LWC ini belum pernah dilaporkan sebelumnya.
Pada Gambar 6(a)-(c) masing-masing menunjukkan citra optik, citra mikroskop, dan citra profiler optik dari permukaan bagian dalam penampang MWC. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6(a), permukaan bagian dalam halus dan mengkilap, dapat memantulkan cahaya tampak, dan sangat reflektif. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6(b), karena sifat mudah berubah bentuk dan kristal dari logam, muncul mesa kecil dan ketidakberaturan pada permukaan yang halus. Mengingat luasnya yang kecil (<5 μm×5 μm), kekasaran sebagian besar permukaan kurang dari 1,2 nm (Gambar 6(c)). Mengingat luasnya yang kecil (<5 μm×5 μm), kekasaran sebagian besar permukaan kurang dari 1,2 nm (Gambar 6(c)). Ввиду малой площади (<5 мкм×5 мкм) шероховатость большей части поверхности составляет менее 1,2 нм (рис. 6(в)). Karena luasnya kecil (<5 µm×5 µm), kekasaran sebagian besar permukaannya kurang dari 1,2 nm (Gambar 6(c)).ukuran （<5 μm×5 μm）, ukuran 1,2 nm（图6（c））。ukuran （<5 μm×5 μm）, ukuran 1,2 nm（图6（c））。 Учитывая небольшую площадь (<5 мкм × 5 мкм), шероховатость большинства поверхностей составляет mенее 1,2 нм (рис. 6(в)). Mengingat luasnya yang kecil (<5 µm × 5 µm), kekasaran sebagian besar permukaan kurang dari 1,2 nm (Gambar 6(c)).
(a) Gambar optik, (b) gambar mikroskop, dan (c) gambar optik permukaan bagian dalam potongan MWC.
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7(a), jalur optik LOP dalam kapiler ditentukan oleh sudut datang θ (LOP = LC/sinθ, di mana LC adalah panjang fisik kapiler). Untuk kapiler Teflon AF yang diisi dengan air deionisasi (DI H2O), sudut datang harus lebih besar dari sudut kritis 77,8°, sehingga LOP kurang dari 1,02 × LC tanpa peningkatan lebih lanjut3.6. Sedangkan, dengan MWC, pembatasan cahaya di dalam kapiler tidak bergantung pada indeks bias atau sudut datang, sehingga ketika sudut datang berkurang, jalur cahaya dapat jauh lebih panjang daripada panjang kapiler (LOP » LC). Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7(b), permukaan logam bergelombang dapat menyebabkan hamburan cahaya, yang dapat sangat meningkatkan jalur optik.
Oleh karena itu, terdapat dua jalur cahaya untuk MWC: cahaya langsung tanpa pantulan (LOP = LC) dan cahaya bergerigi dengan beberapa pantulan di antara dinding samping (LOP » LC). Menurut hukum Beer, intensitas cahaya langsung dan cahaya bergerigi yang ditransmisikan dapat dinyatakan sebagai PS×exp(-α×LC) dan PZ×exp(-α×LOP) secara berturut-turut, di mana konstanta α adalah koefisien penyerapan, yang sepenuhnya bergantung pada konsentrasi tinta.
Untuk tinta dengan konsentrasi tinggi (misalnya, konsentrasi terkait >1,28 × 10⁻⁵), cahaya zig-zag sangat teredam dan intensitasnya jauh lebih rendah daripada cahaya lurus, karena koefisien penyerapan yang besar dan jalur optiknya yang jauh lebih panjang. Untuk tinta dengan konsentrasi tinggi (misalnya, konsentrasi terkait >1,28 × 10⁻⁵), cahaya zig-zag sangat teredam dan intensitasnya jauh lebih rendah daripada cahaya lurus, karena koefisien penyerapan yang besar dan jalur optiknya yang jauh lebih panjang. Для чернил с высокой концентрацией (например, относительная концентрация >1,28 × 10-5) зигзагообразный свет сильно затухает, dan juga orang-orang yang tidak terlibat dalam hal ini, mereka yang membutuhkan bantuan dan гораздо более длинного оптического излучения. Untuk tinta dengan konsentrasi tinggi (misalnya konsentrasi relatif >1,28×10⁻⁵), cahaya zigzag sangat teredam dan intensitasnya jauh lebih rendah daripada cahaya langsung karena koefisien penyerapan yang besar dan emisi optik yang jauh lebih lama.melacak.对于高浓度墨水（例如，相关浓度>1,28×10-5），Z字形光衰减很大，其强度远低于直光，这是由于吸收系数大，光学时间更长。对于 高浓度 墨水 （例如 , 浓度 浓度> 1,28 × 10-5） , z 字形 衰减 很 大 , 强度 远 低于 直光, 这 是 吸收 系数 大 光学 时间 更。。。 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长Для чернил с высокой концентрацией (например, релевантные концентрации >1,28×10-5) зигзагообразный Anda dapat melakukan hal yang sama, dan itu juga orang-orang yang tidak bertanggung jawab, yang merupakan orang-orang yang bertanggung jawab atas bantuan dan Anda tidak perlu melakukan kesalahan apa pun. Untuk tinta dengan konsentrasi tinggi (misalnya, konsentrasi relevan >1,28×10⁻⁵), cahaya zigzag mengalami pelemahan yang signifikan dan intensitasnya jauh lebih rendah daripada cahaya langsung karena koefisien penyerapan yang besar dan waktu optik yang lebih lama.jalan kecil.Dengan demikian, cahaya langsung mendominasi penentuan absorbansi (LOP=LC) dan AEF dijaga konstan pada ~7,0. Sebaliknya, ketika koefisien penyerapan menurun seiring dengan penurunan konsentrasi tinta (misalnya, konsentrasi terkait <1,28 × 10⁻⁵), intensitas cahaya zig-zag meningkat lebih cepat daripada cahaya lurus, dan kemudian cahaya zig-zag mulai memainkan peran yang lebih penting. Sebaliknya, ketika koefisien penyerapan menurun seiring dengan penurunan konsentrasi tinta (misalnya, konsentrasi terkait <1,28 × 10⁻⁵), intensitas cahaya zig-zag meningkat lebih cepat daripada cahaya lurus, dan kemudian cahaya zig-zag mulai memainkan peran yang lebih penting. Selain itu, Anda juga dapat menggunakan fitur-fitur yang ada dalam perangkat Anda (например, относительная концентрация <1,28 × 10-5), Layanan Pelanggan yang Dapat Dipakai, yang Dapat Dipakai, dan yang Tidak Dapat Diakses играть зигзагообразный свет. Sebaliknya, ketika koefisien penyerapan menurun seiring dengan penurunan konsentrasi tinta (misalnya, konsentrasi relatif <1,28×10⁻⁵), intensitas cahaya zigzag meningkat lebih cepat daripada cahaya langsung, dan kemudian cahaya zigzag mulai berperan.peran yang lebih penting.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。 Selain itu, Anda juga dapat menggunakan perangkat lunak yang diperlukan untuk menangani masalah ini. (например, соответствующая концентрация < 1,28×10-5), jumlah yang diperlukan untuk pembayaran, pembayaran, dan pembayaran lainnya зигзагообразный начинает играть более важную роль. Sebaliknya, ketika koefisien penyerapan menurun seiring dengan penurunan konsentrasi tinta (misalnya, konsentrasi yang sesuai < 1,28×10⁻⁵), intensitas cahaya zigzag meningkat lebih cepat daripada cahaya langsung, dan kemudian cahaya zigzag mulai memainkan peran yang lebih penting.karakter peran.Oleh karena itu, karena jalur optik bergerigi (LOP » LC), AEF dapat ditingkatkan jauh lebih dari 7,0. Karakteristik transmisi cahaya MWC yang tepat dapat diperoleh menggunakan teori mode pandu gelombang.
Selain meningkatkan jalur optik, pergantian sampel yang cepat juga berkontribusi pada batas deteksi ultra-rendah. Karena volume MCC yang kecil (0,16 ml), waktu yang dibutuhkan untuk mengganti dan mengubah larutan dalam MCC dapat kurang dari 20 detik. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5, nilai minimum yang dapat dideteksi oleh AMWC (2,5 × 10–4) 4 kali lebih rendah daripada Acuvette (1,0 × 10–3). Pergantian cepat larutan yang mengalir dalam kapiler mengurangi efek noise sistem (misalnya drift) pada akurasi perbedaan absorbansi dibandingkan dengan larutan retensi dalam kuvet. Misalnya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3(b)-(d), ΔV dapat dengan mudah dibedakan dari sinyal drift karena pergantian sampel yang cepat dalam kapiler bervolume kecil.
Seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2, berbagai larutan glukosa dengan berbagai konsentrasi disiapkan menggunakan air deionisasi (DI H2O) sebagai pelarut. Sampel yang diwarnai atau sampel kosong disiapkan dengan mencampur larutan glukosa atau air deionisasi dengan larutan kromogenik glukosa oksidase (GOD) dan peroksidase (POD) 37 dalam rasio volume tetap 3:1. Pada Gambar 8 menunjukkan foto optik dari sembilan sampel yang diwarnai (S2-S10) dengan konsentrasi glukosa mulai dari 2,0 mM (kiri) hingga 5,12 nM (kanan). Warna merah berkurang seiring dengan penurunan konsentrasi glukosa.
Hasil pengukuran sampel 4, 9, dan 10 dengan fotometer berbasis MWC ditunjukkan pada Gambar 9(a)-(c), masing-masing. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9(c), ΔV yang terukur menjadi kurang stabil dan perlahan meningkat selama pengukuran karena warna reagen GOD-POD itu sendiri (bahkan tanpa menambahkan glukosa) perlahan berubah dalam cahaya. Dengan demikian, pengukuran ΔV berturut-turut tidak dapat diulang untuk sampel dengan konsentrasi glukosa kurang dari 5,12 nM (sampel 10), karena ketika ΔV cukup kecil, ketidakstabilan reagen GOD-POD tidak dapat lagi diabaikan. Oleh karena itu, batas deteksi untuk larutan glukosa adalah 5,12 nM, meskipun nilai ΔV yang sesuai (0,52 µV) jauh lebih besar daripada nilai noise (0,03 µV), menunjukkan bahwa ΔV yang kecil masih dapat dideteksi. Batas deteksi ini dapat ditingkatkan lebih lanjut dengan menggunakan reagen kromogenik yang lebih stabil.
(a) Hasil pengukuran untuk sampel 4, (b) sampel 9, dan (c) sampel 10 menggunakan fotometer berbasis MWC.
Absorbansi AMWC dapat dihitung menggunakan nilai Vcolor, Vblank, dan Vdark yang terukur. Untuk fotodetektor dengan gain 105, Vdark adalah -0,068 μV. Pengukuran untuk semua sampel dapat dilihat pada materi tambahan. Sebagai perbandingan, sampel glukosa juga diukur dengan spektrofotometer dan absorbansi Acuvette yang terukur mencapai batas deteksi 0,64 µM (sampel 7) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10.
Hubungan antara absorbansi dan konsentrasi disajikan pada Gambar 11. Dengan fotometer berbasis MWC, peningkatan batas deteksi sebesar 125 kali lipat tercapai dibandingkan dengan spektrofotometer berbasis kuvet. Peningkatan ini lebih rendah daripada uji tinta merah karena stabilitas reagen GOD-POD yang buruk. Peningkatan absorbansi yang tidak linier pada konsentrasi rendah juga diamati.
Fotometer berbasis MWC telah dikembangkan untuk deteksi sampel cair yang sangat sensitif. Jalur optik dapat ditingkatkan secara signifikan, dan jauh lebih panjang daripada panjang fisik MWC, karena cahaya yang dihamburkan oleh dinding samping logam halus bergelombang dapat terkandung di dalam kapiler tanpa memperhatikan sudut datangnya cahaya. Konsentrasi serendah 5,12 nM dapat dicapai menggunakan reagen GOD-POD konvensional berkat amplifikasi optik non-linier baru dan pergantian sampel yang cepat serta deteksi glukosa. Fotometer yang ringkas dan murah ini akan banyak digunakan dalam ilmu hayati dan pemantauan lingkungan untuk analisis jejak.
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, fotometer berbasis MWC terdiri dari MWC sepanjang 7 cm (diameter dalam 1,7 mm, diameter luar 3,18 mm, permukaan dalam yang dipoles secara elektrolitik kelas EP, kapiler baja tahan karat SUS316L), LED dengan panjang gelombang 505 nm (Thorlabs M505F1), dan lensa (penyebaran berkas sekitar 6,6 derajat), fotodetektor penguatan variabel (Thorlabs PDB450C) dan dua konektor T untuk komunikasi optik dan masuk/keluar cairan. Konektor T dibuat dengan merekatkan pelat kuarsa transparan ke tabung PMMA tempat MWC dan tabung Peek (ID 0,72 mm, OD 1,6 mm, Vici Valco Corp.) dimasukkan dan direkatkan dengan rapat. Katup tiga arah yang terhubung ke tabung saluran masuk Pike digunakan untuk mengalihkan sampel yang masuk. Fotodetektor dapat mengubah daya optik yang diterima P menjadi sinyal tegangan yang diperkuat N×V (di mana V/P = 1,0 V/W pada 1550 nm, penguatan N dapat disesuaikan secara manual dalam rentang 10³-10⁷). Untuk mempersingkat penjelasan, V digunakan sebagai pengganti N×V sebagai sinyal keluaran.
Sebagai perbandingan, spektrofotometer komersial (Agilent Technologies Cary 300 series dengan R928 High Efficiency Photomultiplier) dengan sel kuvet 1,0 cm juga digunakan untuk mengukur absorbansi sampel cair.
Permukaan bagian dalam potongan MWC diperiksa menggunakan profilometer permukaan optik (ZYGO New View 5022) dengan resolusi vertikal dan lateral masing-masing 0,1 nm dan 0,11 µm.
Semua bahan kimia (tingkat analitik, tanpa pemurnian lebih lanjut) dibeli dari Sichuan Chuangke Biotechnology Co., Ltd. Kit uji glukosa meliputi glukosa oksidase (GOD), peroksidase (POD), 4-aminoantipyrine dan fenol, dll. Larutan kromogenik disiapkan dengan metode GOD-POD 37 yang biasa.
Seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2, berbagai larutan glukosa dengan berbagai konsentrasi disiapkan menggunakan air deionisasi (DI H2O) sebagai pengencer dengan metode pengenceran serial (lihat Materi Tambahan untuk detailnya). Siapkan sampel yang diwarnai atau sampel kosong dengan mencampurkan larutan glukosa atau air deionisasi dengan larutan kromogenik dalam rasio volume tetap 3:1. Semua sampel disimpan pada suhu 37°C dan terlindung dari cahaya selama 10 menit sebelum pengukuran. Dalam metode GOD-POD, sampel yang diwarnai berubah menjadi merah dengan absorbansi maksimum pada 505 nm, dan absorbansi hampir sebanding dengan konsentrasi glukosa.
Seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1, serangkaian larutan tinta merah (Ostrich Ink Co., Ltd., Tianjin, China) disiapkan dengan metode pengenceran serial menggunakan air deionisasi (DI H2O) sebagai pelarut.
Cara mengutip artikel ini: Bai, M. dkk. Fotometer kompak berbasis kapiler pandu gelombang logam: untuk penentuan konsentrasi glukosa nanomolar. Sains. 5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
Dress, P. & Franke, H. Meningkatkan akurasi analisis cairan dan kontrol nilai pH menggunakan pandu gelombang inti cair. Dress, P. & Franke, H. Meningkatkan akurasi analisis cairan dan kontrol nilai pH menggunakan pandu gelombang inti cair.Dress, P. dan Franke, H. Meningkatkan akurasi analisis cairan dan kontrol pH dengan pandu gelombang inti cair. 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. dan Franke, H. Meningkatkan akurasi analisis cairan dan kontrol pH menggunakan pandu gelombang inti cair.Beralih ke sains. meter. 68, 2167–2171 (1997).
Li, QP, Zhang, J. -Z., Millero, FJ & Hansell, DA Penentuan kolorimetri kontinu amonium dalam jumlah kecil di air laut dengan sel kapiler pandu gelombang cair jalur panjang. Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ & Hansell, DA Penentuan kolorimetri kontinu amonium dalam jumlah kecil di air laut dengan sel kapiler pandu gelombang cair jalur panjang.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ dan Hansel, DA Penentuan kolorimetri kontinu sejumlah kecil amonium dalam air laut menggunakan sel kapiler dengan pandu gelombang cair. 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 dan Hansel, DA Penentuan kolorimetri kontinu sejumlah kecil amonium dalam air laut menggunakan kapiler pandu gelombang cair jarak jauh.Kimia di bulan Maret. 96, 73–85 (2005).
Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS Tinjauan tentang aplikasi terkini sel kapiler pandu gelombang cair dalam teknik analisis berbasis aliran untuk meningkatkan sensitivitas metode deteksi spektroskopi. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS Tinjauan tentang aplikasi terkini sel kapiler pandu gelombang cair dalam teknik analisis berbasis aliran untuk meningkatkan sensitivitas metode deteksi spektroskopi.Pascoa, RNMJ, Toth, IV dan Rangel, AOSS Tinjauan aplikasi terkini dari sel kapiler pandu gelombang cair dalam teknik analisis aliran untuk meningkatkan sensitivitas metode deteksi spektroskopi. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS layanan asuransi kesehatan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 dan Rangel, AOSS Tinjauan aplikasi terkini sel kapiler pandu gelombang cair dalam metode analitik berbasis aliran untuk meningkatkan sensitivitas metode deteksi spektroskopi.anus. Chim. Act 739, 1-13 (2012).
Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Investigasi ketebalan film Ag dan AgI dalam kapiler untuk pandu gelombang berongga. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Investigasi ketebalan film Ag dan AgI dalam kapiler untuk pandu gelombang berongga.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. dan Shen J. Investigasi ketebalan film Ag, AgI dalam kapiler untuk pandu gelombang berongga. 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. Penelitian tentang ketebalan lapisan tipis Ag dan AgI di dalam saluran udara.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. dan Shen J. Investigasi ketebalan lapisan tipis Ag, AgI dalam kapiler pandu gelombang berongga.Fisika inframerah. teknologi 42, 501–508 (2001).
Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Penentuan konsentrasi nanomolar fosfat dalam air alami menggunakan injeksi aliran dengan sel kapiler pandu gelombang cair jalur panjang dan deteksi spektrofotometri keadaan padat. Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Penentuan konsentrasi nanomolar fosfat dalam air alami menggunakan injeksi aliran dengan sel kapiler pandu gelombang cair jalur panjang dan deteksi spektrofotometri keadaan padat.Gimbert, LJ, Haygarth, PM dan Worsfold, PJ Penentuan konsentrasi fosfat nanomolar dalam air alami menggunakan injeksi aliran dengan sel kapiler pandu gelombang cair dan deteksi spektrofotometri keadaan padat. Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ bisnis asuransi kesehatan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 Penentuan konsentrasi fosfat dalam air alami menggunakan jarum suntik cair dan tabung kapiler pandu gelombang cair jarak jauh.Gimbert, LJ, Haygarth, PM dan Worsfold, PJ Penentuan fosfat nanomolar dalam air alami menggunakan aliran injeksi dan pandu gelombang kapiler dengan jalur optik panjang dan deteksi spektrofotometri keadaan padat.Taranta 71, 1624–1628 (2007).
Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Linearitas dan panjang lintasan optik efektif sel kapiler pandu gelombang cair. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Linearitas dan panjang lintasan optik efektif sel kapiler pandu gelombang cair.Belz M., Dress P., Suhitsky A. dan Liu S. Linearitas dan panjang jalur optik efektif dalam pandu gelombang cair di sel kapiler. 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. Linearitas dan panjang efektif air cair.Belz M., Dress P., Suhitsky A. dan Liu S. Panjang jalur optik linier dan efektif dalam gelombang cairan sel kapiler.SPIE 3856, 271–281 (1999).
Dallas, T. & Dasgupta, PK Cahaya di ujung terowongan: aplikasi analitis terkini dari pandu gelombang inti cair. Dallas, T. & Dasgupta, PK Cahaya di ujung terowongan: aplikasi analitis terkini dari pandu gelombang inti cair.Dallas, T. dan Dasgupta, PK Cahaya di ujung terowongan: aplikasi analitis terkini dari pandu gelombang inti cair. Dallas, T. & Dasgupta, PK Light di ujung terowongan：液芯波导的最新分析应用。 Dallas, T. & Dasgupta, PK Light di ujung terowongan：液芯波导的最新分析应用。Dallas, T. dan Dasgupta, PK Cahaya di ujung terowongan: aplikasi analitis terbaru dari pandu gelombang inti cair.TrAC, analisis tren. Kimia. 23, 385–392 (2004).
Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID Sel deteksi fotometri refleksi internal total serbaguna untuk analisis aliran. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID Sel deteksi fotometri refleksi internal total serbaguna untuk analisis aliran.Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR dan McKelvey, ID Sel refleksi internal total fotometrik universal untuk analisis aliran. 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 & McKelvie, IDEllis, PS, Gentle, BS, Grace, MR dan McKelvey, ID Sel fotometri TIR universal untuk analisis aliran.Taranta 79, 830–835 (2009).
Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID Sel aliran fotometrik multi-refleksi untuk digunakan dalam analisis injeksi aliran air muara. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID Sel aliran fotometrik multi-refleksi untuk digunakan dalam analisis injeksi aliran air muara.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ dan McKelvey, ID Sel aliran fotometrik multi-reflektansi untuk digunakan dalam analisis aliran air muara. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID dan anggota tim lainnya. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ dan McKelvey, ID Sel aliran fotometrik multi-reflektansi untuk analisis injeksi aliran di perairan muara.anus Chim. Undang-undang 499, 81-89 (2003).
Pan, J. -Z., Yao, B. & Fang, Q. Fotometer genggam berbasis deteksi absorpsi pandu gelombang inti cair untuk sampel skala nanoliter. Pan, J.-Z., Yao, B. & Fang, Q. Fotometer genggam berbasis deteksi absorpsi pandu gelombang inti cair untuk sampel skala nanoliter.Pan, J.-Z., Yao, B. dan Fang, K. Fotometer genggam berbasis deteksi penyerapan panjang gelombang inti cair untuk sampel skala nanoliter. 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. Berdasarkan 液芯波波水水水油法的纳法手手手持光度计。Pan, J.-Z., Yao, B. dan Fang, K. Fotometer genggam dengan sampel skala nano berdasarkan deteksi penyerapan dalam gelombang inti cair.Anus Kimia. 82, 3394–3398 (2010).
Zhang, J.-Z. Meningkatkan sensitivitas analisis aliran injeksi dengan menggunakan sel aliran kapiler dengan jalur optik panjang untuk deteksi spektrofotometri. anus. ilmu pengetahuan. 22, 57–60 (2006).
D'Sa, EJ & Steward, RG Aplikasi pandu gelombang kapiler cair dalam spektroskopi absorbansi (Balasan atas komentar Byrne dan Kaltenbacher). D'Sa, EJ & Steward, RG Aplikasi pandu gelombang kapiler cair dalam spektroskopi absorbansi (Balasan atas komentar Byrne dan Kaltenbacher).D'Sa, EJ dan Steward, RG Aplikasi pandu gelombang kapiler cair dalam spektroskopi absorpsi (Balasan atas komentar Byrne dan Kaltenbacher). 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 Penerapan spektrum serapan cairan 毛绿波波对在（回复Byrne和Kaltenbacher的评论）.D'Sa, EJ dan Steward, RG Pandu gelombang kapiler cair untuk spektroskopi absorpsi (sebagai tanggapan atas komentar dari Byrne dan Kaltenbacher).limonol. Ahli Oseanografi. 46, 742–745 (2001).
Khijwania, SK & Gupta, BD Sensor penyerapan medan evanescent serat optik: Pengaruh parameter serat dan geometri probe. Khijwania, SK & Gupta, BD Sensor penyerapan medan evanescent serat optik: Pengaruh parameter serat dan geometri probe.Hijvania, SK dan Gupta, BD Sensor Absorpsi Medan Evanesen Serat Optik: Pengaruh Parameter Serat dan Geometri Probe. Khijwania, SK & Gupta, BD Khijwania, SK & Gupta, BDHijvania, SK dan Gupta, BD Sensor serat optik penyerapan medan evanescent: pengaruh parameter serat dan geometri probe.Optik dan Elektronika Kuantum 31, 625–636 (1999).
Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD. Keluaran sudut sensor Raman pandu gelombang berongga berlapis logam. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD. Keluaran sudut sensor Raman pandu gelombang berongga berlapis logam.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. dan Woodruff, SD. Keluaran sudut sensor Raman pandu gelombang berongga dengan lapisan logam. 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. dan Woodruff, SD. Keluaran sudut sensor Raman dengan pandu gelombang logam polos.aplikasi untuk memilih 51, 2023-2025 (2012).
Harrington, JA Tinjauan umum tentang pandu gelombang berongga untuk transmisi IR. integrasi serat. untuk dipilih. 19, 211–227 (2000).