תודה שביקרתם באתר Nature.com. גרסת הדפדפן בה אתם משתמשים כוללת תמיכה מוגבלת ב-CSS. לחוויית המשתמש הטובה ביותר, אנו ממליצים להשתמש בדפדפן מעודכן (או להשבית את מצב התאימות ב-Internet Explorer). בינתיים, כדי להבטיח תמיכה מתמשכת, נציג את האתר ללא סגנונות ו-JavaScript.
לניתוח עקבות של דגימות נוזליות מגוון רחב של יישומים במדעי החיים ובניטור סביבתי. בעבודה זו, פיתחנו פוטומטר קומפקטי וזול המבוסס על נימים ממתכת מוליכי גל (MCC) לקביעת ספיגה רגישה במיוחד. ניתן להגדיל משמעותית את המסלול האופטי, והוא ארוך בהרבה מהאורך הפיזי של ה-MWC, מכיוון שאור המפוזר על ידי דפנות המתכת החלקות הגליות יכול להיכלל בתוך הנימים ללא קשר לזווית הפגיעה. ניתן להשיג ריכוזים נמוכים עד כדי 5.12 ננומטר באמצעות ריאגנטים כרומוגניים נפוצים הודות להגברה אופטית לא ליניארית חדשה והחלפת דגימות מהירה וגילוי גלוקוז.
פוטומטריה נמצאת בשימוש נרחב לניתוח עקבות של דגימות נוזליות בשל שפע הריאגנטים הכרומוגניים וההתקנים האופטואלקטרוניים המוליכים למחצה הזמינים1,2,3,4,5. בהשוואה לקביעת ספיגה מסורתית המבוססת על קובטות, נימים של מוליך גל נוזלי (LWC) מחזירים (TIR) ​​על ידי שמירה על אור הגשוש בתוך הנימים1,2,3,4,5. עם זאת, ללא שיפור נוסף, הנתיב האופטי קרוב רק לאורך הפיזי של LWC3.6, והגדלת אורך ה-LWC מעבר ל-1.0 מטר תסבול מהנחתה חזקה של אור ומסיכון גבוה לבועות וכו'.3, 7. בנוגע לתא הרב-החזרה המוצע לשיפורי נתיב אופטי, גבול הגילוי משתפר רק בגורם של 2.5-8.9.
כיום קיימים שני סוגים עיקריים של LWC, דהיינו נימים מטפלון AF (בעלי מקדם שבירה של כ-1.3 בלבד, הנמוך מזה של מים) ונימים מצופים בטפלון AF או בסרטי מתכת1,3,4. כדי להשיג TIR בממשק בין חומרים דיאלקטריים, נדרשים חומרים בעלי מקדם שבירה נמוך וזוויות פגיעה גבוהות של אור3,6,10. ביחס לנימים מטפלון AF, טפלון AF נושם בשל מבנהו הנקבובי3,11 ויכול לספוג כמויות קטנות של חומרים בדגימות מים. עבור נימים מצופים קוורץ מבחוץ בטפלון AF או מתכת, מקדם השבירה של קוורץ (1.45) גבוה יותר מרוב הדגימות הנוזליות (למשל 1.33 למים)3,6,12,13. עבור נימים מצופים בסרט מתכת בפנים, נחקרו תכונות הובלה14,15,16,17,18, אך תהליך הציפוי מסובך, לפני השטח של סרט המתכת יש מבנה מחוספס ונקבובי4,19.
בנוסף, ל-LWCs מסחריים (נימים מצופים טפלון AF ונימי סיליקה מצופים טפלון AF, World Precision Instruments, Inc.) יש כמה חסרונות נוספים, כגון: תקלות. הנפח המת הגדול של מחבר ה-TIR3,10, (2) (לחיבור נימים, סיבים וצינורות כניסה/יציאה) יכול ללכוד בועות אוויר10.
במקביל, קביעת רמות הגלוקוז חשובה מאוד לאבחון סוכרת, שחמת הכבד ומחלות נפש20. ושיטות גילוי רבות כגון פוטומטריה (כולל ספקטרופוטומטריה21, 22, 23, 24, 25 וקולורימטריה על נייר26, 27, 28), גלוונומטריה29, 30, 31, פלואורומטריה32, 33, 34, 35, פולרימטריה אופטית36, תהודה פלסמונית פני השטח37, חלל פברי-פרו38, אלקטרוכימיה39 ואלקטרופורזה קפילרית40,41 וכן הלאה. עם זאת, רוב השיטות הללו דורשות ציוד יקר, וגילוי גלוקוז בריכוזים ננומולריים שונים נותר אתגר (לדוגמה, עבור מדידות פוטומטריות21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, הריכוז הנמוך ביותר של גלוקוז). המגבלה הייתה רק 30 ננומטר כאשר נעשה שימוש בננו-חלקיקים כחולים פרוסיים כחקיינים של פראוקסידאז). ניתוחי גלוקוז ננומולריים נדרשים לעיתים קרובות למחקרים תאיים ברמה המולקולרית כגון עיכוב צמיחת סרטן הערמונית בבני אדם42 והתנהגות קיבוע CO2 של פרוכלורוקוקוס באוקיינוס.
במאמר זה, פותח פוטומטר קומפקטי וזול המבוסס על נימי מוליך גל מתכתי (MWC), נימי נירוסטה SUS316L עם משטח פנימי אלקטרוליטי, לקביעת ספיגה רגישה במיוחד. מכיוון שאור יכול להילכד בתוך נימי מתכת ללא קשר לזווית הפגיעה, ניתן להגדיל משמעותית את המסלול האופטי על ידי פיזור אור על משטחי מתכת גליים וחלקים, והוא ארוך בהרבה מהאורך הפיזי של ה-MWC. בנוסף, תוכנן מחבר T פשוט לחיבור האופטי וכניסת/יציאת הנוזל כדי למזער נפח מת ולמנוע לכידת בועות. עבור פוטומטר MWC בגודל 7 ס"מ, גבול הגילוי משופר פי כ-3000 בהשוואה לספקטרופוטומטר המסחרי עם קובטה של ​​1 ס"מ עקב השיפור החדש של המסלול האופטי הלא ליניארי ומיתוג דגימות מהיר, וניתן להשיג גם את ריכוז גילוי הגלוקוז של 5.12 ננומטר בלבד באמצעות ריאגנטים כרומוגניים נפוצים.
כפי שמוצג באיור 1, הפוטומטר מבוסס MWC מורכב מ-MWC באורך 7 ס"מ עם משטח פנימי אלקטרוליטי בדרגת EP, נורת LED 505 ננומטר עם עדשה, גלאי פוטו עם הגבר מתכוונן, ושניים לצימוד אופטי וכניסת נוזל. יציאה. שסתום תלת-כיווני המחובר לצינור הכניסה של Pike משמש למיתוג הדגימה הנכנסת. צינור ה-Peek מתאים היטב ללוח הקוורץ ול-MWC, כך שהנפח המת במחבר ה-T נשמר למינימום, ומונע ביעילות לכידת בועות אוויר. בנוסף, ניתן להכניס בקלות וביעילות את הקרן המקושרת ל-MWC דרך לוח הקוורץ בעל חלק ה-T.
הקרן והדגימה הנוזלית מוכנסים לתוך ה-MCC דרך חיבור T, והקרן העוברת דרך ה-MCC מתקבלת על ידי גלאי אור. תמיסות נכנסות של דגימות צבועות או ריקות הוכנסו לסירוגין לתוך ה-ICC דרך שסתום תלת-כיווני. על פי חוק ביר, ניתן לחשב את הצפיפות האופטית של דגימה צבועה מהמשוואה. 1.10
כאשר Vcolor ו-Vblank הם אותות הפלט של גלאי הפוטואלקטרי כאשר דגימות צבע ודגימות ריקות מוכנסות ל-MCC, בהתאמה, ו-Vdark הוא אות הרקע של גלאי הפוטואלקטרי כאשר נורית ה-LED כבויה. ניתן למדוד את השינוי באות הפלט ΔV = Vcolor–Vblank על ידי החלפת דגימות. בהתאם למשוואה. כפי שמוצג באיור 1, אם ΔV קטן בהרבה מ-Vblank–Vdark, בעת שימוש בסכמת מיתוג דגימה, שינויים קטנים ב-Vblank (למשל, סחיפה) יכולים להיות בעלי השפעה מועטה על ערך AMWC.
כדי להשוות את ביצועי הפוטומטר מבוסס MWC עם הספקטרופוטומטר מבוסס קובט, נעשה שימוש בתמיסת דיו אדום כדגימת צבע בשל יציבות הצבע המעולה שלה וליניאריות טובה של ריכוז-ספיגה, כאשר DI H2O כדגימה ריקה. כפי שמוצג בטבלה 1, סדרה של תמיסות דיו אדום הוכנה בשיטת דילול סדרתי תוך שימוש ב-DI H2O כממס. הריכוז היחסי של דגימה 1 (S1), צבע אדום מקורי לא מדולל, נקבע כ-1.0. באיור 2, איור 2 מציג תצלומים אופטיים של 11 דגימות דיו אדום (S4 עד S14) עם ריכוזים יחסיים (מפורטים בטבלה 1) הנעים בין 8.0 × 10–3 (שמאל) ל-8.2 × 10–10 (מימין).
תוצאות המדידה עבור דגימה 6 מוצגות באיורים 3(א). נקודות המעבר בין דגימות צבועות לדגימות ריקות מסומנות באיור על ידי חצים כפולים "↔". ניתן לראות שמתח המוצא עולה במהירות בעת מעבר מדגימות צבע לדגימות ריקות ולהיפך. ניתן לקבל את Vcolor, Vblank ואת ה-ΔV המתאים כפי שמוצג באיור.
(א) תוצאות מדידה עבור דגימה 6, (ב) דגימה 9, (ג) דגימה 13, ו-(ד) דגימה 14 באמצעות פוטומטר מבוסס MWC.
תוצאות המדידה עבור דגימות 9, 13 ו-14 מוצגות באיורים 3(b)-(d), בהתאמה. כפי שמוצג באיור 3(d), ה-ΔV הנמדד הוא רק 5 nV, שהוא כמעט פי 3 מערך הרעש (2 nV). קשה להבחין בין ΔV קטן לרעש. לפיכך, גבול הגילוי הגיע לריכוז יחסי של 8.2×10-10 (דגימה 14). בעזרת משוואות. 1. ניתן לחשב את בליעת AMWC מערכי Vcolor, Vblank ו-Vdark שנמדדו. עבור גלאי פוטו עם הגבר של 104, Vdark הוא -0.68 μV. תוצאות המדידה עבור כל הדגימות מסוכמות בטבלה 1 וניתן למצוא אותן בחומר המשלים. כפי שמוצג בטבלה 1, בליעה שנמצאה בריכוזים גבוהים היא שומן רווי, ולכן לא ניתן למדוד בליעה מעל 3.7 באמצעות ספקטרומטרים מבוססי MWC.
לשם השוואה, דגימת דיו אדום נמדדה גם היא באמצעות ספקטרופוטומטר וספיגת ה-Acuvette שנמדדה מוצגת באיור 4. ערכי ה-Acuvette ב-505 ננומטר (כפי שמוצג בטבלה 1) התקבלו על ידי התייחסות לעקומות של דגימות 10, 11 או 12 (כפי שמוצג בתמונה המוקטנת). (ראו איור 4) כקו בסיס. כפי שמוצג, גבול הגילוי הגיע לריכוז יחסי של 2.56 x 10-6 (דגימה 9) מכיוון שעקומות הספיגה של דגימות 10, 11 ו-12 לא היו ניתנות להבחנה זו מזו. לפיכך, בעת שימוש בפוטומטר מבוסס MWC, גבול הגילוי שופר פי 3125 בהשוואה לספקטרופוטומטר מבוסס קובט.
תלות בבליעה-ריכוז מוצגת באיור 5. עבור מדידות קובטה, הבליעה פרופורציונלית לריכוז הדיו באורך נתיב של 1 ס"מ. בעוד שעבור מדידות מבוססות MWC, נצפתה עלייה לא לינארית בבליעה בריכוזים נמוכים. על פי חוק ביר, הבליעה פרופורציונלית לאורך הנתיב האופטי, כך שרווח הבליעה AEF (מוגדר כ- AEF = AMWC/Acuvette באותו ריכוז דיו) הוא היחס בין MWC לאורך הנתיב האופטי של הקובטה. כפי שמוצג באיור 5, בריכוזים גבוהים, ה- AEF הקבוע הוא סביב 7.0, וזה סביר מכיוון שאורך ה- MWC הוא בדיוק פי 7 מאורך קובטה של ​​1 ס"מ. עם זאת, בריכוזים נמוכים (ריכוז קשור <1.28 × 10-5), ערך ה-AEF עולה עם ירידה בריכוז ויגיע לערך של 803 בריכוז קשור של 8.2 × 10-10 על ידי אקסטרפולציה של עקומת המדידה מבוססת הקובטה. עם זאת, בריכוזים נמוכים (ריכוז קשור <1.28 × 10-5), ערך ה-AEF עולה עם ירידה בריכוז ויגיע לערך של 803 בריכוז קשור של 8.2 × 10-10 על ידי אקסטרפולציה של עקומת המדידה מבוססת הקובטה. Однако при низких концентрациях (относительная концентрация <1,28 × 10–5) AEF увеличивается с уменицениш может достигать значения 803 при относительной концентрации 8,2 × 10–10 при относительной концентрации 8,2 × 10–10 при относительной концентрации 8,2 × 10–10 при относительной концентрации. עם זאת, בריכוזים נמוכים (ריכוז יחסי <1.28 × 10–5), ה-AEF עולה עם ירידה בריכוז ויכול להגיע לערך של 803 בריכוז יחסי של 8.2 × 10–10 כאשר מחושב אותו מעקומת מדידה מבוססת קובטה.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，在相兦浌在相兦浓专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 逸 并而 ， 并而基于 比色皿 测量 曲线 ， 在 浓度 为 8.2 × 10-10 时 达到 达到 达到 达到 〾到。3 Однако при низких концентрациях (релевантные концентрации < 1,28 × 10-5) АЭП увеличивается концентрации и при экстраполяции кривой измерения на основе кюветы она достигает значения относительной конценцентрация 80120 × 80120. עם זאת, בריכוזים נמוכים (ריכוזים רלוונטיים < 1.28 × 10-5) ערך ה-AED עולה עם ירידה בריכוז, וכאשר מחושבים אותו מעקומת מדידה מבוססת קובטה, הוא מגיע לערך ריכוז יחסי של 8.2 × 10-10 803.התוצאה היא נתיב אופטי מקביל של 803 ס"מ ‏(AEF × 1 ס"מ), שהוא ארוך בהרבה מהאורך הפיזי של ה-MWC, ואף ארוך יותר מה-LWC הארוך ביותר הזמין מסחרית (500 ס"מ מחברת World Precision Instruments, Inc.). ל-Doko Engineering LLC אורך של 200 ס"מ). עלייה לא ליניארית זו בבליעה ב-LWC לא דווחה בעבר.
איור 6(א)-(ג) מציג תמונה אופטית, תמונת מיקרוסקופ ותמונת פרופיל אופטי של המשטח הפנימי של חתך ה-MWC, בהתאמה. כפי שמוצג באיור 6(א), המשטח הפנימי חלק ומבריק, יכול להחזיר אור נראה, ובעל רפלקטיביות גבוהה. כפי שמוצג באיור 6(ב), בשל יכולת העיוות והאופי הגבישי של המתכת, מופיעות מסות קטנות ואי סדרים על המשטח החלק. לאור שטח קטן (<5 מיקרומטר × 5 מיקרומטר), החספוס של רוב המשטח קטן מ-1.2 ננומטר (איור 6(ג)). לאור שטח קטן (<5 מיקרומטר × 5 מיקרומטר), החספוס של רוב המשטח קטן מ-1.2 ננומטר (איור 6(ג)). Ввиду малой площади (<5 мкм×5 мкм) шероховатость большей части поверхности составляет менее 1,2 нм (ри) нм. בשל השטח הקטן (<5 מיקרומטר × 5 מיקרומטר), החספוס של רוב פני השטח קטן מ-1.2 ננומטר (איור 6(ג)).考虑到小面积（<5 μm×5 μm），大多数表面的粗糙度小于1.2 ננומטר（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 ננומטר（图6（c。） Учитывая небольшую площадь (<5 мкм × 5 мкм), шероховатость большинства поверхностей составляет составляет (1,2 מרץ). בהתחשב בשטח הקטן (<5 מיקרומטר × 5 מיקרומטר), החספוס של רוב המשטחים קטן מ-1.2 ננומטר (איור 6(ג)).
(א) תמונה אופטית, (ב) תמונת מיקרוסקופ, ו-(ג) תמונה אופטית של המשטח הפנימי של חיתוך ה-MWC.
כפי שמוצג באיור 7(א), אורך האור האופטי (LOP) בתוך הקפילר נקבע על ידי זווית הפגיעה θ (LOP = LC/sinθ, כאשר LC הוא האורך הפיזי של הקפילר). עבור נימים מטפלון AF המלאים ב-DI H2O, זווית הפגיעה חייבת להיות גדולה מהזווית הקריטית של 77.8°, כך ש-LOP קטן מ-1.02 × LC ללא שיפור נוסף3.6. לעומת זאת, עם MWC, כליאת האור בתוך הקפילר אינה תלויה במקדם השבירה או בזווית הפגיעה, כך שככל שזווית הפגיעה פוחתת, נתיב האור יכול להיות ארוך בהרבה מאורך הקפילר (LOP » LC). כפי שמוצג באיור 7(ב), משטח המתכת הגלי יכול לגרום לפיזור אור, מה שיכול להגדיל מאוד את הנתיב האופטי.
לכן, ישנם שני נתיבי אור עבור MWC: אור ישיר ללא החזרה (LOP = LC) ואור מסור עם החזרות מרובות בין דפנות הצד (LOP » LC). על פי חוק ביר, ניתן לבטא את עוצמת האור הישיר והזיגזג המועבר כ- PS×exp(-α×LC) ו- PZ×exp(-α×LOP) בהתאמה, כאשר הקבוע α הוא מקדם הבליעה, התלוי לחלוטין בריכוז הדיו.
עבור דיו בריכוז גבוה (למשל, ריכוז קשור >1.28 × 10-5), אור הזיגזג מוחלש מאוד ועוצמתו נמוכה בהרבה מזו של אור ישר, בשל מקדם הבליעה הגדול והנתיב האופטי הארוך בהרבה שלו. עבור דיו בריכוז גבוה (למשל, ריכוז קשור >1.28 × 10-5), אור הזיגזג מוחלש מאוד ועוצמתו נמוכה בהרבה מזו של אור ישר, בשל מקדם הבליעה הגדול והנתיב האופטי הארוך בהרבה שלו. Для чернил с высокой концентрацией (например, относительная концентрация >1,28 × 10-5) зигзагообразный, относительная концентрация а его интенсивность намного ниже, чем у прямого света, из-за большого коэффициента поглощения поглощения и за оптического излучения. עבור דיו בריכוז גבוה (למשל, ריכוז יחסי >1.28×10-5), אור הזיגזג מוחלש מאוד ועוצמתו נמוכה בהרבה מזו של אור ישיר עקב מקדם הבליעה הגדול והפליטה האופטית הארוכה בהרבה.מַסלוּל.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 亼 徺 大 ）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Для чернил с высокой концентрацией (например, релевантные концентрации >1,28×10-5) зигзагообразтный свин ослабляется, и его интенсивность намного ниже, чем у прямого света из-за большого коэфициента длительного оптического времени. עבור דיו בריכוז גבוה (למשל, ריכוזים רלוונטיים >1.28×10-5), אור הזיגזג מוחלש משמעותית ועוצמתו נמוכה בהרבה מזו של אור ישיר עקב מקדם הבליעה הגדול וזמן אופטי ארוך יותר.דרך קטנה.לפיכך, אור ישיר שלט בקביעת הבליעה (LOP=LC) וה-AEF נשמר קבוע על ~7.0. לעומת זאת, כאשר מקדם הבליעה יורד עם ירידה בריכוז הדיו (למשל, ריכוז קשור <1.28 × 10-5), עוצמת אור הזיגזג עולה מהר יותר מזו של אור ישר ואז אור הזיגזג מתחיל למלא תפקיד חשוב יותר. לעומת זאת, כאשר מקדם הבליעה יורד עם ירידה בריכוז הדיו (למשל, ריכוז קשור <1.28 × 10-5), עוצמת אור הזיגזג עולה מהר יותר מזו של אור ישר ואז אור הזיגזג מתחיל למלא תפקיד חשוב יותר. Напротив, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чернил <1,28 × 10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличивается быстрее, чем у прямого света, ина затем зигзагообразный свет. להיפך, כאשר מקדם הבליעה יורד עם ירידה בריכוז הדיו (לדוגמה, הריכוז היחסי <1.28×10-5), עוצמת אור הזיגזג עולה מהר יותר מעוצמת האור הישיר, ואז אור הזיגזג מתחיל לפעול.תפקיד חשוב יותר.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 ），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榛相反? 10-5） ， 字形光 的 强度 比 增加 得 更 ， 然后 z 字形光 发挥 齜用 万 踦更 更 更 更 更 更 更 更 HI的角色. И наоборот, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чернил (например, совется концентрация < 1,28×10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличивается быстрее, чем прямого, чем прямого, чем прямого свет начинает играть более важную роль. לעומת זאת, כאשר מקדם הבליעה יורד עם ירידה בריכוז הדיו (לדוגמה, הריכוז המתאים < 1.28×10-5), עוצמת אור הזיגזג עולה מהר יותר מאשר האור הישיר, ואז אור הזיגזג מתחיל למלא תפקיד חשוב יותר.דמות תפקיד.לכן, הודות לנתיב האופטי מסוג sawtooth (LOP » LC), ניתן להגדיל את ה-AEF הרבה יותר מ-7.0. ניתן להשיג מאפייני העברת אור מדויקים של MWC באמצעות תורת מצב מוליך הגל.
בנוסף לשיפור הנתיב האופטי, החלפת דגימות מהירה תורמת גם היא לגבולות גילוי נמוכים במיוחד. בשל הנפח הקטן של MCC (0.16 מ"ל), הזמן הדרוש להחלפה והחלפת תמיסות ב-MCC יכול להיות פחות מ-20 שניות. כפי שמוצג באיור 5, הערך המינימלי הניתן לגילוי של AMWC (2.5 × 10–4) נמוך פי 4 מזה של Acuvette (1.0 × 10–3). ההחלפה המהירה של התמיסה הזורמת בנימי מפחיתה את השפעת רעש המערכת (למשל סחיפה) על דיוק הפרש הספיגה בהשוואה לתמיסת השמירה בקובטה. לדוגמה, כפי שמוצג באיור 3(b)-(d), ניתן להבחין בקלות בין ΔV לאות סחיפה עקב החלפת דגימה מהירה בנימי בנפח קטן.
כפי שמוצג בטבלה 2, מגוון תמיסות גלוקוז בריכוזים שונים הוכנו באמצעות DI H2O כממס. דגימות צבועות או ריקות הוכנו על ידי ערבוב תמיסת גלוקוז או מים מזוקקים עם תמיסות כרומוגניות של גלוקוז אוקסידאז (GOD) ופראוקסידאז (POD) 37 ביחס נפח קבוע של 3:1, בהתאמה. איור 8 מציג תצלומים אופטיים של תשע דגימות צבועות (S2-S10) עם ריכוזי גלוקוז הנעים בין 2.0 mM (שמאל) ל-5.12 nM (מימין). האדמומיות פוחתת עם ירידה בריכוז הגלוקוז.
תוצאות המדידות של דגימות 4, 9 ו-10 באמצעות פוטומטר מבוסס MWC מוצגות באיורים 9(א)-(ג), בהתאמה. כפי שמוצג באיור 9(ג), ה-ΔV הנמדד הופך פחות יציב ועולה באיטיות במהלך המדידה ככל שצבע ריאגנט GOD-POD עצמו (אפילו ללא הוספת גלוקוז) משתנה באיטיות באור. לפיכך, לא ניתן לחזור על מדידות ΔV עוקבות עבור דגימות עם ריכוז גלוקוז נמוך מ-5.12 ננומטר (דגימה 10), מכיוון שכאשר ΔV קטן מספיק, לא ניתן עוד להזניח את חוסר היציבות של ריאגנט GOD-POD. לכן, גבול הגילוי עבור תמיסת גלוקוז הוא 5.12 ננומטר, אם כי ערך ה-ΔV המתאים (0.52 µV) גדול בהרבה מערך הרעש (0.03 µV), דבר המצביע על כך שעדיין ניתן לגלות ΔV קטן. ניתן לשפר עוד יותר את גבול הגילוי הזה על ידי שימוש בריאגנטים כרומוגניים יציבים יותר.
(א) תוצאות מדידה עבור דגימה 4, (ב) דגימה 9, ו-(ג) דגימה 10 באמצעות פוטומטר מבוסס MWC.
ניתן לחשב את ספיגת ה-AMWC באמצעות ערכי Vcolor, Vblank ו-Vdark שנמדדו. עבור גלאי אור עם הגבר של 105, Vdark הוא -0.068 מיקרו-וולט. ניתן לקבוע מדידות עבור כל הדגימות בחומר המשלים. לשם השוואה, דגימות גלוקוז נמדדו גם באמצעות ספקטרופוטומטר והספיגה הנמדדת של Acuvette הגיעה לגבול גילוי של 0.64 מיקרומולר (דגימה 7) כפי שמוצג באיור 10.
הקשר בין ספיגה לריכוז מוצג באיור 11. בעזרת פוטומטר מבוסס MWC, הושג שיפור פי 125 בגבול הגילוי בהשוואה לספקטרופוטומטר מבוסס קובט. שיפור זה נמוך יותר מבדיקת הדיו האדום עקב היציבות הירודה של ריאגנט GOD-POD. כמו כן נצפתה עלייה לא לינארית בספיגה בריכוזים נמוכים.
הפוטומטר מבוסס MWC פותח לגילוי רגיש במיוחד של דגימות נוזליות. ניתן להגדיל משמעותית את המסלול האופטי, והוא ארוך בהרבה מהאורך הפיזי של ה-MWC, מכיוון שאור המפוזר על ידי דפנות המתכת החלקות הגליות יכול להיכלל בתוך הקפילר ללא קשר לזווית הפגיעה. ניתן להשיג ריכוזים נמוכים עד כדי 5.12 ננומטר באמצעות ריאגנטים GOD-POD קונבנציונליים הודות להגברה אופטית לא ליניארית חדשה ולמיתוג דגימות מהיר וגילוי גלוקוז. פוטומטר קומפקטי וזול זה ישמש באופן נרחב במדעי החיים ובניטור סביבתי לניתוח עקבות.
כפי שמוצג באיור 1, הפוטומטר מבוסס MWC מורכב מ-MWC באורך 7 ס"מ (קוטר פנימי 1.7 מ"מ, קוטר חיצוני 3.18 מ"מ, משטח פנימי אלקטרוליטי בדרגת EP, נימי נירוסטה SUS316L), LED באורך גל של 505 ננומטר (Thorlabs M505F1), ועדשות (פיזור אלומה של כ-6.6 מעלות), גלאי פוטו עם הגבר משתנה (Thorlabs PDB450C) ושני מחברי T לתקשורת אופטית וכניסה/יציאה של נוזל. מחבר ה-T מיוצר על ידי חיבור לוח קוורץ שקוף לצינור PMMA שאליו מוכנסים ומודבקים היטב צינורות MWC ו-Peek (קוטר פנימי של 0.72 מ"מ, קוטר חיצוני של 1.6 מ"מ, Vici Valco Corp.). שסתום תלת-כיווני המחובר לצינור הכניסה של Pike משמש להחלפת הדגימה הנכנסת. הגלאי הפוטואלקטרי יכול להמיר את ההספק האופטי P המתקבל לאות מתח מוגבר N×V (כאשר V/P = 1.0 V/W ב-1550 ננומטר, ניתן לכוונן ידנית את ההגבר N בטווח של 103-107). לשם קיצור, V משמש במקום N×V כאות הפלט.
לשם השוואה, ספקטרופוטומטר מסחרי (סדרת Agilent Technologies Cary 300 עם מכפיל יעילות גבוהה R928) עם תא קובטה של ​​1.0 ס"מ שימש גם הוא למדידת הבליעה של דגימות נוזליות.
המשטח הפנימי של חיתוך ה-MWC נבדק באמצעות מכשיר לפרופיל שטח אופטי (ZYGO New View 5022) עם רזולוציה אנכית ורוחבית של 0.1 ננומטר ו-0.11 מיקרומטר, בהתאמה.
כל הכימיקלים (ברמת אנליטית, ללא טיהור נוסף) נרכשו מחברת Sichuan Chuangke Biotechnology Co., Ltd. ערכות בדיקת גלוקוז כוללות גלוקוז אוקסידאז (GOD), פראוקסידאז (POD), 4-אמינואנטיפירין ופנול וכו'. התמיסה הכרומוגנית הוכנה בשיטת GOD-POD 37 הרגילה.
כפי שמוצג בטבלה 2, מגוון תמיסות גלוקוז בריכוזים שונים הוכנו באמצעות DI H2O כמדלל בשיטת דילול סדרתי (ראה חומרים משלימים לפרטים). הכינו דגימות צבועות או ריקות על ידי ערבוב תמיסת גלוקוז או מים מזוקקים עם תמיסה כרומוגנית ביחס נפח קבוע של 3:1, בהתאמה. כל הדגימות אוחסנו ב-37 מעלות צלזיוס מוגנות מאור במשך 10 דקות לפני המדידה. בשיטת GOD-POD, דגימות צבועות הופכות לאדומות עם ספיגה מקסימלית ב-505 ננומטר, והספיגה כמעט פרופורציונלית לריכוז הגלוקוז.
כפי שמוצג בטבלה 1, סדרה של תמיסות דיו אדום (Ostrich Ink Co., Ltd., טיינג'ין, סין) הוכנו בשיטת הדילול הסדרתי תוך שימוש ב-DI H2O כממס.
כיצד לצטט מאמר זה: Bai, M. et al. פוטומטר קומפקטי המבוסס על נימים ממתכת: לקביעת ריכוזים ננומולריים של גלוקוז. the science. 5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
Dress, P. & Franke, H. הגברת דיוק ניתוח נוזלים ובקרת ערך pH באמצעות מוליך גל בעל ליבת נוזל. Dress, P. & Franke, H. הגברת דיוק ניתוח נוזלים ובקרת ערך pH באמצעות מוליך גל בעל ליבת נוזל.Dress, P. and Franke, H. שיפור דיוק ניתוח נוזלים ובקרת pH בעזרת מוליך גל ליבה נוזלית. 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. and Franke, H. שיפור דיוק ניתוח נוזלים ובקרת pH באמצעות מוליכי גל של ליבת נוזלים.מעבר למדע. מטר. 68, 2167–2171 (1997).
Li, QP, Zhang, J. -Z., Millero, FJ & Hansell, DA קביעה קולורימטרית רציפה של אמוניום עקבות במי ים באמצעות תא קפילרי מוליך גל נוזלי ארוך מסלול. Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ & Hansell, DA קביעה קולורימטרית רציפה של אמוניום עקבות במי ים באמצעות תא קפילרי מוליך גל נוזלי ארוך מסלול.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ and Hansel, DA קביעה קולורימטרית רציפה של כמויות זעירות של אמוניום במי ים באמצעות תא קפילרי עם מוליך גל נוזלי. 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 and Hansel, DA קביעה קולורימטרית רציפה של כמויות זעירות של אמוניום במי ים באמצעות נימים ארוכי טווח של מוליכי גל נוזליים.כימיה במרץ. 96, 73–85 (2005).
פסקואה, RNMJ, טות', IV וראנגל, AOSS, סקירה על יישומים אחרונים של תא נימי מוליך גל נוזלי בטכניקות ניתוח מבוססות זרימה לשיפור הרגישות של שיטות גילוי ספקטרוסקופיות. פסקואה, RNMJ, טות', IV וראנגל, AOSS, סקירה על יישומים אחרונים של תא נימי מוליך גל נוזלי בטכניקות ניתוח מבוססות זרימה לשיפור הרגישות של שיטות גילוי ספקטרוסקופיות.Pascoa, RNMJ, Toth, IV and Rangel, AOSS סקירה של יישומים אחרונים של תא נימי מוליך גל נוזלי בטכניקות ניתוח זרימה לשיפור הרגישות של שיטות גילוי ספקטרוסקופיות. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS回顾液体波导毛细管单元在基于流动的分析技术中的最新应用，以提高光谱检测方法的灵敏度. Páscoa, rnmj, tóth, IV & rangel, aoss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 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 and Rangel, AOSS סקירה של יישומים אחרונים של תאי נימי מוליך גל נוזלי בשיטות אנליטיות מבוססות זרימה כדי לשפר את הרגישות של שיטות גילוי ספקטרוסקופיות.פי הטבעת. כימיה. חוק 739, 1-13 (2012).
וון, ט., גאו, ג'., ג'אנג, ג'., ביאן, ב. ושן, ג'. חקירת עובי שכבות Ag ו-AgI בנימי גל עבור מוליכי גל חלולים. וון, ט., גאו, ג'., ג'אנג, ג'., ביאן, ב. ושן, ג'. חקירת עובי שכבות Ag ו-AgI בנימי גל עבור מוליכי גל חלולים.וון ט., גאו ג'., ג'אנג ג'., ביאן ב. ושן ג'. חקירת עובי הסרטים Ag, AgI בנימי גל עבור מוליכי גל חלולים. 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。 וון, ט., גאו, ג'., ג'אנג, ג'., ביאן, ב. ושן, ג'. מחקר על עובי שכבה דקה של כסף ו-AgI בתעלת האוויר.וון ט., גאו ג'., ג'אנג ג'., ביאן ב. ושן ג'. חקירת עובי שכבה דקה Ag, AgI בנימי מוליכי גל חלולים.פיזיקה אינפרא אדום. טכנולוגיה 42, 501–508 (2001).
גימברט, LJ, הייגארת', PM וורספולד, PJ קביעת ריכוזים ננומולריים של פוספט במים טבעיים באמצעות הזרקת זרימה עם תא נימי מוליך גל נוזלי ארוך אורך וגילוי ספקטרופוטומטרי במצב מוצק. גימברט, LJ, הייגארת', PM וורספולד, PJ קביעת ריכוזים ננומולריים של פוספט במים טבעיים באמצעות הזרקת זרימה עם תא נימי מוליך גל נוזלי ארוך אורך וגילוי ספקטרופוטומטרי במצב מוצק.גימברט, ל.ג'., הייגארת', פ.מ. וורספולד, פ.ג'. קביעת ריכוזי פוספט ננומולריים במים טבעיים באמצעות הזרקת זרימה עם תא נימי מוליך גל נוזלי וגילוי ספקטרופוטומטרי במצב מוצק. 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. גימברט, ל.ג'., הייגארת', פ.מ. וורספולד, פ.ג'. קביעת ריכוז פוספט במים טבעיים באמצעות מזרק נוזלי וצינור נימי מוליך גל נוזלי ארוך טווח.גימברט, ל.ג'., הייגארת', פ.מ. וורספולד, פ.ג'. קביעת פוספט ננומולרי במים טבעיים באמצעות זרימת הזרקה ומוליך גל נימי עם נתיב אופטי ארוך וגילוי ספקטרופוטומטרי במצב מוצק.טרנטה 71, 1624–1628 (2007).
Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. ליניאריות ואורך נתיב אופטי אפקטיבי של תאי נימי מוליך גל נוזלי. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. ליניאריות ואורך נתיב אופטי אפקטיבי של תאי נימי מוליך גל נוזלי.Belz M., Dress P., Suhitsky A. and Liu S. ליניאריות ואורך נתיב אופטי אפקטיבי במוליכי גל נוזליים בתאים נימיים. 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. הלינאריות והאורך האפקטיבי של מים נוזליים.Belz M., Dress P., Suhitsky A. and Liu S. אורך נתיב אופטי ליניארי ואפקטיבי בגל נוזלי של תאים קפילריים.SPIE 3856, 271–281 (1999).
דאלאס, ט. ודסגופטה, פ.ק. אור בקצה המנהרה: יישומים אנליטיים אחרונים של מוליכי גל בעלי ליבה נוזלית. דאלאס, ט. ודסגופטה, פ.ק. אור בקצה המנהרה: יישומים אנליטיים אחרונים של מוליכי גל בעלי ליבה נוזלית.דאלאס, ט. ודסגופטה, פ.ק. אור בקצה המנהרה: יישומים אנליטיים אחרונים של מוליכי גל בעלי ליבה נוזלית. Dallas, T. & Dasgupta, PK אור בקצה המנהרה：液芯波导的最新分析应用。 Dallas, T. & Dasgupta, PK אור בקצה המנהרה：液芯波导的最新分析应用。דאלאס, ט. ודסגופטה, פ.ק. אור בקצה המנהרה: היישום האנליטי העדכני ביותר של מוליכי גל בעלי ליבה נוזלית.TrAC, ניתוח מגמות. כימיקלים. 23, 385–392 (2004).
Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID תא גילוי פוטומטרי רב-תכליתי להחזרה פנימית כוללת לניתוח זרימה. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID תא גילוי פוטומטרי רב-תכליתי להחזרה פנימית כוללת לניתוח זרימה.Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR and McKelvey, ID תא החזרה פנימית כוללת פוטומטרי אוניברסלי לניתוח זרימה. 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。 אליס, PS, ג'נטל, BS, גרייס, MR ומקלבי, איידהוEllis, PS, Gentle, BS, Grace, MR and McKelvey, ID תא פוטומטרי TIR אוניברסלי לניתוח זרימה.טרנטה 79, 830–835 (2009).
Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID תא זרימה פוטומטרי רב-השתקפות לשימוש בניתוח הזרקת זרימה של מי שפכים. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID תא זרימה פוטומטרי רב-השתקפות לשימוש בניתוח הזרקת זרימה של מי שפכים.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ and McKelvey, ID תא זרימה פוטומטרי רב-החזרתי לשימוש בניתוח זרימה של מי שפכים. 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。枞 אליס, פ.ס., לידדי-מיני, איי ג'יי, וורספולד, פי. ג'יי ומקלווי, איידהו.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ and McKelvey, ID תא זרימה פוטומטרי רב-החזרתי לניתוח הזרקת זרימה במי שפכים.פי הטבעת צ'ים. Acta 499, 81-89 (2003).
פאן, ג'. -ז., יאו, ב. ופאנג, ק. פוטומטר ידני המבוסס על גילוי בליעת מוליך גל בליבת נוזל עבור דגימות בקנה מידה ננוליטר. פאן, ג'.-ז., יאו, ב. ופאנג, ק. פוטומטר ידני המבוסס על גילוי בליעת מוליך גל בליבת נוזל עבור דגימות בקנה מידה ננוליטר.פאן, ג'.-ז., יאו, ב. ופאנג, ק. פוטומטר ידני המבוסס על גילוי ספיגת אורך גל בליבת נוזל עבור דגימות בקנה מידה ננוליטר. 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. מבוסס על 液芯波波水水水油法的纳法手手手持光度计。פאן, ג'.-ז., יאו, ב. ופאנג, ק. פוטומטר ידני עם דגימה בקנה מידה ננומטרי המבוסס על גילוי בליעה בגל ליבה נוזלי.פי הטבעת כימית. 82, 3394–3398 (2010).
ג'אנג, ג'.-ז. הגברת הרגישות של ניתוח זרימת הזרקה באמצעות תא זרימה נימי עם נתיב אופטי ארוך לגילוי ספקטרופוטומטרי. פי הטבעת. המדע. 22, 57–60 (2006).
D'Sa, EJ & Steward, RG יישום מוליך גל נימי נוזלי בספקטרוסקופיית ספיגה (תגובה להערה של Byrne ו-Kaltenbacher). D'Sa, EJ & Steward, RG יישום מוליך גל נימי נוזלי בספקטרוסקופיית ספיגה (תגובה להערה של Byrne ו-Kaltenbacher).D'Sa, EJ and Steward, RG יישומים של מוליכי גל נימיים נוזליים בספקטרוסקופיית בליעה (תגובה להערות של Byrne ו-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 יישום של ספקטרום ספיגה נוזלי 毛绿波波对在（回复Byrne和Kaltenbacher的评论）.D'Sa, EJ and Steward, RG מוליכי גל נימיים נוזליים לספקטרוסקופיית בליעה (בתגובה להערות של Byrne ו-Kaltenbacher).לימונול. אוקיינוגרף. 46, 742–745 (2001).
Khijwania, SK & Gupta, BD חיישן ספיגת שדה חולף בסיב אופטי: השפעת פרמטרי סיב וגיאומטריה של הגשושית. Khijwania, SK & Gupta, BD חיישן ספיגת שדה חולף בסיב אופטי: השפעת פרמטרי סיב וגיאומטריה של הגשושית.Hijvania, SK and Gupta, חיישן ספיגת שדה חולף של סיבים אופטיים מסוג BD: השפעת פרמטרי סיבים וגיאומטריית גשש. 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。 חיג'וואניה, סקוור וגופטה, בדHijvania, SK and Gupta, BD חיישני סיבים אופטיים לבלימת שדה חולפים: השפעת פרמטרי סיבים וגיאומטריית גשוש.אופטיקה ואלקטרוניקה קוונטית 31, 625–636 (1999).
Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD פלט זוויתי של חיישני ראמאן חלולים, מרופדים במתכת, למוליך גל. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD פלט זוויתי של חיישני ראמאן חלולים, מרופדים במתכת, למוליך גל.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. and Woodruff, SD. פלט זוויתי של חיישני ראמאן חלולים מוליך גל עם ציפוי מתכת. 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. and Woodruff, SD. פלט זוויתי של חיישן ראמאן עם מוליך גל ממתכת חשופה.בקשה לבחירה 51, 2023-2025 (2012).
הרינגטון, ג'ורג'יה. סקירה כללית של מוליכי גל חלולים לשידור אינפרא אדום. שילוב סיבים. לבחור. 19, 211–227 (2000).