Paldies, ka apmeklējāt vietni Nature.com. Jūsu izmantotajai pārlūkprogrammas versijai ir ierobežots CSS atbalsts. Lai nodrošinātu vislabāko pieredzi, iesakām izmantot atjauninātu pārlūkprogrammu (vai atspējot saderības režīmu pārlūkprogrammā Internet Explorer). Tikmēr, lai nodrošinātu nepārtrauktu atbalstu, mēs atveidosim vietni bez stiliem un JavaScript.
Šķidru paraugu pēdu analīzei ir plašs pielietojumu klāsts dzīvības zinātnēs un vides monitoringā. Šajā darbā mēs esam izstrādājuši kompaktu un lētu fotometru, kas balstīts uz metāla viļņvada kapilāriem (MCC), īpaši jutīgai absorbcijas noteikšanai. Optisko ceļu var ievērojami palielināt un padarīt to daudz garāku par MWC fizisko garumu, jo gaismu, kas izkliedēta pa gofrētajām gludajām metāla sānu sienām, var saturēt kapilārā neatkarīgi no krišanas leņķa. Izmantojot parastos hromogēnos reaģentus, pateicoties jaunajai nelineārajai optiskajai pastiprināšanai un ātrai paraugu pārslēgšanai un glikozes noteikšanai, var sasniegt pat 5,12 nM koncentrācijas.
Fotometrija tiek plaši izmantota šķidru paraugu mikroelementu analīzei, pateicoties pieejamo hromogēno reaģentu un pusvadītāju optoelektronisko ierīču pārpilnībai1,2,3,4,5. Salīdzinot ar tradicionālo absorbcijas noteikšanu, kas balstīta uz kivetes, šķidruma viļņvada (LWC) kapilāri atstaro (TIR), turot zondes gaismu kapilāra iekšpusē1,2,3,4,5. Tomēr bez turpmākiem uzlabojumiem optiskais ceļš ir tikai tuvu LWC fiziskajam garumam3,6, un, palielinot LWC garumu virs 1,0 m, tiks novērota spēcīga gaismas vājināšanās un augsts burbuļu risks utt.3, 7. Attiecībā uz ierosināto daudzrefleksijas šūnu optiskā ceļa uzlabošanai, noteikšanas robeža tiek uzlabota tikai 2,5–8,9 reizes.
Pašlaik ir divi galvenie LWC veidi, proti, teflona AF kapilāri (kuru refrakcijas indekss ir tikai ~1,3, kas ir zemāks nekā ūdenim) un silīcija kapilāri, kas pārklāti ar teflona AF vai metāla plēvēm1,3,4. Lai panāktu TIR saskarnē starp dielektriskiem materiāliem, ir nepieciešami materiāli ar zemu refrakcijas indeksu un augstiem gaismas krišanas leņķiem3,6,10. Attiecībā uz teflona AF kapilāriem, teflona AF ir elpojošs, pateicoties tā porainajai struktūrai3,11, un var absorbēt nelielu daudzumu vielu ūdens paraugos. Kvarca kapilāriem, kas no ārpuses pārklāti ar teflona AF vai metālu, kvarca refrakcijas indekss (1,45) ir augstāks nekā vairumam šķidro paraugu (piemēram, 1,33 ūdenim)3,6,12,13. Kapilāriem, kas pārklāti ar metāla plēvi iekšpusē, ir pētītas transporta īpašības14,15,16,17,18, bet pārklāšanas process ir sarežģīts, metāla plēves virsmai ir raupja un poraina struktūra4,19.
Turklāt komerciālajiem LWC (AF teflona pārklājuma kapilāriem un AF teflona pārklājuma silīcija kapilāriem, World Precision Instruments, Inc.) ir arī daži citi trūkumi, piemēram: defektu gadījumā. . TIR3,10,(2) T-savienotāja (kapilāru, šķiedru un ieplūdes/izplūdes cauruļu savienošanai) lielais tukšais tilpums var aizturēt gaisa burbuļus10.
Vienlaikus glikozes līmeņa noteikšanai ir liela nozīme diabēta, aknu cirozes un garīgo slimību diagnostikā20. un daudzas noteikšanas metodes, piemēram, fotometrija (tostarp spektrofotometrija 21, 22, 23, 24, 25 un kolorimetrija uz papīra 26, 27, 28), galvanometrija 29, 30, 31, fluorometrija 32, 33, 34, 35, optiskā polarimetrija 36, ​​virsmas plazmonu rezonanse 37, Fabrī-Pero dobums 38, elektroķīmija 39 un kapilārā elektroforēze 40,41 utt. Tomēr lielākajai daļai šo metožu ir nepieciešams dārgs aprīkojums, un glikozes noteikšana vairākās nanomolārās koncentrācijās joprojām ir izaicinājums (piemēram, fotometriskiem mērījumiem 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, zemākā glikozes koncentrācija). ierobežojums bija tikai 30 nM, kad Prūsijas zilās nanodaļiņas tika izmantotas kā peroksidāzes imitatori). Nanomolārās glikozes analīzes bieži ir nepieciešamas molekulārā līmeņa šūnu pētījumiem, piemēram, cilvēka prostatas vēža augšanas inhibīcijas42 un Prochlorococcus CO2 fiksācijas uzvedības okeānā izpētei.
Šajā rakstā tika izstrādāts kompakts, lēts fotometrs, kura pamatā ir metāla viļņvada kapilārs (MWC) – SUS316L nerūsējošā tērauda kapilārs ar elektropulētu iekšējo virsmu – īpaši jutīgai absorbcijas noteikšanai. Tā kā gaisma var iesprūst metāla kapilāros neatkarīgi no krišanas leņķa, optisko ceļu var ievērojami palielināt, izkliedējot gaismu uz gofrētām un gludām metāla virsmām, un tas ir daudz garāks par MWC fizisko garumu. Turklāt optiskajam savienojumam un šķidruma ieplūdei/izplūdei tika izstrādāts vienkāršs T veida savienotājs, lai samazinātu tukšo tilpumu un izvairītos no burbuļu iesprūšanas. 7 cm MWC fotometram noteikšanas robeža ir uzlabota aptuveni 3000 reižu salīdzinājumā ar komerciālo spektrofotometru ar 1 cm kiveti, pateicoties jaunajam nelineārā optiskā ceļa uzlabojumam un ātrai paraugu pārslēgšanai, un, izmantojot parastos hromogēnos reaģentus, var sasniegt arī glikozes noteikšanas koncentrāciju tikai 5,12 nM.
Kā parādīts 1. attēlā, uz MWC bāzes veidotais fotometrs sastāv no 7 cm gara MWC ar EP klases elektropulētu iekšējo virsmu, 505 nm gaismas diodes ar lēcu, regulējama pastiprinājuma fotodetektora un diviem optiskās savienošanas un šķidruma ievades vārstiem. Izeja. Ienākošā parauga pārslēgšanai tiek izmantots trīsceļu vārsts, kas savienots ar Pike ieplūdes cauruli. Peek caurule cieši pieguļ kvarca plāksnei un MWC, tāpēc tukšais tilpums T savienotājā ir minimāls, efektīvi novēršot gaisa burbuļu iesprūšanu. Turklāt kolimēto staru kūli var viegli un efektīvi ievadīt MWC caur T veida kvarca plāksni.
Staru kūli un šķidro paraugu ievada MCC caur T veida savienojumu, un staru kūli, kas iet caur MCC, uztver fotodetektors. Ienākošie iekrāsoto vai tukšo paraugu šķīdumi tika pārmaiņus ievadīti ICC caur trīsceļu vārstu. Saskaņā ar Bīra likumu, krāsaina parauga optisko blīvumu var aprēķināt, izmantojot vienādojumu. 1.10
kur Vcolor un Vblank ir fotodetektora izejas signāli, kad MCC tiek ievadīti attiecīgi krāsu un tukšie paraugi, un Vdark ir fotodetektora fona signāls, kad gaismas diode ir izslēgta. Izejas signāla izmaiņas ΔV = Vcolor–Vblank var izmērīt, pārslēdzot paraugus. Saskaņā ar vienādojumu. Kā parādīts 1. attēlā, ja ΔV ir daudz mazāks par Vblank–Vdark, tad, izmantojot paraugu ņemšanas pārslēgšanas shēmu, nelielas Vblank izmaiņas (piemēram, nobīde) var maz ietekmēt AMWC vērtību.
Lai salīdzinātu MWC fotometra un kivetes spektrofotometra veiktspēju, par krāsu paraugu tika izmantots sarkanās tintes šķīdums, pateicoties tā lieliskajai krāsas stabilitātei un labai koncentrācijas-absorbcijas linearitātei, bet kā tukšo paraugu — DI H2O. Kā parādīts 1. tabulā, ar sērijveida atšķaidīšanas metodi, izmantojot DI H2O kā šķīdinātāju, tika sagatavota virkne sarkanās tintes šķīdumu. 1. parauga (S1), neatšķaidītas sākotnējās sarkanās krāsas, relatīvā koncentrācija tika noteikta kā 1,0. 2. attēlā redzamas 11 sarkanās tintes paraugu (S4 līdz S14) optiskās fotogrāfijas ar relatīvajām koncentrācijām (uzskaitītas 1. tabulā) no 8,0 × 10–3 (pa kreisi) līdz 8,2 × 10–10 (pa labi).
6. parauga mērījumu rezultāti ir parādīti 3. attēlā (a). Pārslēgšanās punkti starp iekrāsotiem un tukšiem paraugiem attēlā ir atzīmēti ar dubultām bultiņām “↔”. Var redzēt, ka izejas spriegums strauji palielinās, pārslēdzoties no krāsainiem paraugiem uz tukšiem paraugiem un otrādi. Vcolor, Vblank un atbilstošo ΔV var iegūt, kā parādīts attēlā.
(a) 6. parauga, (b) 9. parauga, (c) 13. parauga un (d) 14. parauga mērījumu rezultāti, izmantojot uz MWC balstītu fotometru.
9., 13. un 14. parauga mērījumu rezultāti ir parādīti attiecīgi 3.(b)-(d) attēlā. Kā parādīts 3.(d) attēlā, izmērītais ΔV ir tikai 5 nV, kas ir gandrīz 3 reizes lielāks par trokšņa vērtību (2 nV). Nelielu ΔV ir grūti atšķirt no trokšņa. Tādējādi noteikšanas robeža sasniedza relatīvo koncentrāciju 8,2×10-10 (14. paraugs). Ar vienādojumu palīdzību. 1. AMWC absorbciju var aprēķināt no izmērītajām Vcolor, Vblank un Vdark vērtībām. Fotodetektoram ar pastiprinājumu 104 Vdark ir -0,68 μV. Visu paraugu mērījumu rezultāti ir apkopoti 1. tabulā un atrodami papildu materiālos. Kā parādīts 1. tabulā, absorbcija, kas konstatēta augstās piesātināto taukskābju koncentrācijās, tāpēc absorbciju virs 3,7 nevar izmērīt ar MWC spektrometriem.
Salīdzinājumam, ar spektrofotometru tika mērīts arī sarkanās tintes paraugs, un izmērītā akuvetes absorbcija ir parādīta 4. attēlā. Akuvetes vērtības pie 505 nm (kā parādīts 1. tabulā) tika iegūtas, atsaucoties uz 10., 11. vai 12. parauga līknēm (kā parādīts 4. attēlā) kā atskaites punktu. Kā parādīts, noteikšanas robeža sasniedza relatīvo koncentrāciju 2,56 x 10-6 (9. paraugs), jo 10., 11. un 12. parauga absorbcijas līknes nebija atšķiramas viena no otras. Tādējādi, izmantojot uz MWC balstītu fotometru, noteikšanas robeža tika uzlabota 3125 reizes, salīdzinot ar uz kivetes balstītu spektrofotometru.
Absorbcijas un koncentrācijas atkarība ir parādīta 5. attēlā. Kivetes mērījumos absorbcija ir proporcionāla tintes koncentrācijai pie 1 cm optiskā ceļa garuma. Savukārt MWC mērījumos pie zemām koncentrācijām tika novērots nelineārs absorbcijas pieaugums. Saskaņā ar Bīra likumu absorbcija ir proporcionāla optiskā ceļa garumam, tāpēc absorbcijas pieaugums AEF (definēts kā AEF = AMWC/Akuvete pie tādas pašas tintes koncentrācijas) ir MWC attiecība pret kivetes optiskā ceļa garumu. Kā parādīts 5. attēlā, pie augstām koncentrācijām konstante AEF ir aptuveni 7,0, kas ir samērīgi, jo MWC garums ir tieši 7 reizes lielāks par 1 cm kivetes garumu. Tomēr zemās koncentrācijās (saistītā koncentrācija <1,28 × 10-5) AEF palielinās, samazinoties koncentrācijai, un, ekstrapolējot uz kivetes balstītu mērījumu līkni, pie saistītās koncentrācijas 8,2 × 10-10 sasniegtu vērtību 803. Tomēr zemās koncentrācijās (saistītā koncentrācija <1,28 × 10-5) AEF palielinās, samazinoties koncentrācijai, un, ekstrapolējot uz kivetes balstītu mērījumu līkni, pie saistītās koncentrācijas 8,2 × 10-10 sasniegtu vērtību 803. Однако при низких концентрациях (относительная концентрация <1,28 × 10–5) AEF увеличивается с уменьнконцеме может достигать значения 803 при относительной концентрации 8,2 × 10–10 при экстраполяции кривой измеорения kūveti. Tomēr zemās koncentrācijās (relatīvā koncentrācija <1,28 × 10–5) AEF palielinās, samazinoties koncentrācijai, un, ekstrapolējot no uz kivetes balstītas mērījumu līknes, tas var sasniegt vērtību 803 pie relatīvās koncentrācijas 8,2 × 10–10.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，在相关浺0.12.2.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 而伔基于 比色皿 测量 曲线 ， 在 浓度 为 8,2 × 10-10 时 达到 达到 㾾到 达到 㾾到 达到 〼 倰 辂线 达到 Однако при низких концентрациях (релевантные концентрации < 1,28 × 10-5) АЭП увеличивается с унконценшконенимь, и при экстраполяции кривой измерения на основе кюветы она достигает значения относительной концентрации 3,1 × 8100 8,2. Tomēr zemās koncentrācijās (attiecīgās koncentrācijas < 1,28 × 10-5) AED palielinās, samazinoties koncentrācijai, un, ekstrapolējot no kivetes mērījumu līknes, tas sasniedz relatīvo koncentrācijas vērtību 8,2 × 10–10 803.Tas rada atbilstošu optisko ceļu 803 cm (AEF × 1 cm), kas ir daudz garāks par MWC fizisko garumu un pat garāks par garāko komerciāli pieejamo LWC (500 cm no World Precision Instruments, Inc.). Doko Engineering LLC garums ir 200 cm. Šis nelineārais absorbcijas pieaugums LWC iepriekš nav ziņots.
6. attēlā (a)–(c) ir parādīts attiecīgi MWC sekcijas iekšējās virsmas optiskais attēls, mikroskopa attēls un optiskā profilētāja attēls. Kā parādīts 6. attēlā (a), iekšējā virsma ir gluda un spīdīga, var atstarot redzamo gaismu un ir ļoti atstarojoša. Kā parādīts 6. attēlā (b), metāla deformējamības un kristāliskā rakstura dēļ uz gludās virsmas parādās nelieli mezas un nelīdzenumi. Ņemot vērā nelielo laukumu (<5 μm × 5 μm), lielākās daļas virsmas raupjums ir mazāks par 1,2 nm (6. att. (c)). Ņemot vērā nelielu laukumu (<5 μm × 5 μm), lielākās daļas virsmas raupjums ir mazāks par 1,2 nm (6. att. (c)). Ввиду малой площади (<5 мкм×5 мкм) шероховатость большей части поверхности составляет менее 1,2 менее (). Mazās platības dēļ (<5 µm × 5 µm) lielākās daļas virsmas raupjums ir mazāks par 1,2 nm (6. att. (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（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（c)））。 Учитывая небольшую площадь (<5 мкм × 5 мкм), шероховатость большинства поверхностей составляет менем (1,2нет менри).(. Ņemot vērā nelielo laukumu (<5 µm × 5 µm), vairuma virsmu raupjums ir mazāks par 1,2 nm (6. att. (c)).
(a) Optiskais attēls, (b) mikroskopa attēls un (c) MWC griezuma iekšējās virsmas optiskais attēls.
Kā parādīts 7.(a) attēlā, optisko ceļu LOP kapilārā nosaka krišanas leņķis θ (LOP = LC/sinθ, kur LC ir kapilāra fiziskais garums). Teflona AF kapilāriem, kas pildīti ar DI H2O, krišanas leņķim jābūt lielākam par kritisko leņķi 77,8°, tāpēc LOP ir mazāks par 1,02 × LC bez turpmākiem uzlabojumiem3,6. Savukārt, izmantojot MWC, gaismas ierobežošana kapilārā nav atkarīga no refrakcijas indeksa vai krišanas leņķa, tāpēc, samazinoties krišanas leņķim, gaismas ceļš var būt daudz garāks par kapilāra garumu (LOP » LC). Kā parādīts 7.(b) attēlā, gofrētā metāla virsma var izraisīt gaismas izkliedi, kas var ievērojami palielināt optisko ceļu.
Tāpēc MWC ir divi gaismas ceļi: tieša gaisma bez atstarošanas (LOP = LC) un zāģzobaina gaisma ar vairākām atstarošanām starp sānu sienām (LOP » LC). Saskaņā ar Bīra likumu, caurlaidīgās tiešās un zigzaga gaismas intensitāti var izteikt attiecīgi kā PS×exp(-α×LC) un PZ×exp(-α×LOP), kur konstante α ir absorbcijas koeficients, kas pilnībā atkarīgs no tintes koncentrācijas.
Augstas tintes koncentrācijas gadījumā (piemēram, saistītā koncentrācija >1,28 × 10-5) zigzaga gaisma ir ļoti vājināta, un tās intensitāte ir daudz zemāka nekā tiešai gaismai lielā absorbcijas koeficienta un daudz garākā optiskā ceļa dēļ. Augstas koncentrācijas tintei (piemēram, radniecīgā koncentrācija >1,28 × 10-5) zigzaga gaisma ir ļoti vājināta, un tās intensitāte ir daudz zemāka nekā tiešai gaismai lielā absorbcijas koeficienta un daudz garākā optiskā ceļa dēļ. Для чернил с высокой концентрацией (например, относительная концентрация >1,28 × 10-5) зигзагообразный туххцентрацией его интенсивность намного ниже, чем у прямого света, из-за большого коэффициента поглощения и гораздо более длинного оптического излучения. Augstas koncentrācijas tintei (piemēram, relatīvā koncentrācija >1,28×10-5) zigzaga gaisma ir spēcīgi vājināta, un tās intensitāte ir daudz zemāka nekā tiešai gaismai lielā absorbcijas koeficienta un daudz ilgākas optiskās emisijas dēļ.trase.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 亿 二 徎 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) зигзагообразный светие ослабляется, и его интенсивность намного ниже, чем у прямого света из-за большого коэффицигниента по более длительного оптического времени. Augstas koncentrācijas tintēm (piemēram, attiecīgās koncentrācijas >1,28×10-5) zigzaga gaisma ir ievērojami vājināta, un tās intensitāte ir daudz zemāka nekā tiešai gaismai lielā absorbcijas koeficienta un ilgāka optiskā laika dēļ.mazs ceļš.Tādējādi absorbcijas noteikšanā dominēja tieša gaisma (LOP = LC), un AEF tika uzturēts nemainīgs ~7,0 līmenī. Turpretī, ja absorbcijas koeficients samazinās, samazinoties tintes koncentrācijai (piemēram, saistītā koncentrācija <1,28 × 10-5), zigzaga gaismas intensitāte palielinās straujāk nekā tiešas gaismas intensitāte, un tad zigzaga gaisma sāk spēlēt nozīmīgāku lomu. Turpretī, ja absorbcijas koeficients samazinās, samazinoties tintes koncentrācijai (piemēram, saistītā koncentrācija <1,28 × 10-5), zigzaga gaismas intensitāte palielinās straujāk nekā tiešas gaismas intensitāte, un tad zigzaga gaisma sāk spēlēt nozīmīgāku lomu. Напротив, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чернил (напримноясир, тольносир, концентрация <1,28 × 10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличивается быстрее, чем у прямота, смивезата, света начинает играть зигзагообразный свет. Gluži pretēji, kad absorbcijas koeficients samazinās, samazinoties tintes koncentrācijai (piemēram, relatīvā koncentrācija <1,28 × 10-5), zigzaga gaismas intensitāte palielinās ātrāk nekā tiešās gaismas intensitāte, un tad sāk atskaņoties zigzaga gaisma.svarīgāka loma.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觴肜用一个更相反 ， 当 吸收 系数 随着 墨水 的 降低 而 降低 时 例如 例如 ， 相度 概 ， 浓庌 相度 榵 库 庳 相反 降低 而 降低 时 例如10-5） ， 字形光 的 强度 比 增加 得 更 ， 然后 z 字形光 发挥 作用 重荁 作用 万 一更 更 更 更 更 更 更 更 HI的角色. И наоборот, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чернил (напристом, напристомер, концентрация < 1,28×10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличивается быстрее, чем прямогд, и зигзагообразный свет начинает играть более важную роль. Un otrādi, kad absorbcijas koeficients samazinās, samazinoties tintes koncentrācijai (piemēram, atbilstošā koncentrācija < 1,28 × 10-5), zigzaga gaismas intensitāte palielinās ātrāk nekā tiešās gaismas intensitāte, un tad zigzaga gaisma sāk spēlēt svarīgāku lomu.lomas tēls.Tāpēc, pateicoties zāģzobainajam optiskajam ceļam (LOP » LC), AEF var palielināt daudz vairāk nekā par 7,0. Precīzas MWC gaismas caurlaidības raksturlielumus var iegūt, izmantojot viļņvada režīma teoriju.
Papildus optiskā ceļa uzlabošanai, ātra paraugu pārslēgšana veicina arī īpaši zemas noteikšanas robežas. Sakarā ar mazo MCC tilpumu (0,16 ml), laiks, kas nepieciešams, lai pārslēgtu un mainītu šķīdumus MCC, var būt mazāks par 20 sekundēm. Kā parādīts 5. attēlā, AMWC minimālā nosakāmā vērtība (2,5 × 10–4) ir 4 reizes zemāka nekā Acuvette (1,0 × 10–3). Plūstošā šķīduma ātrā pārslēgšana kapilārā samazina sistēmas trokšņa (piemēram, nobīdes) ietekmi uz absorbcijas atšķirības precizitāti, salīdzinot ar aiztures šķīdumu kivetē. Piemēram, kā parādīts 3. attēlā (b)-(d), ΔV var viegli atšķirt no nobīdes signāla, pateicoties ātrai paraugu pārslēgšanai mazā tilpuma kapilārā.
Kā parādīts 2. tabulā, izmantojot dejonizētu H2O kā šķīdinātāju, tika sagatavoti dažādi glikozes šķīdumi dažādās koncentrācijās. Iekrāsotie vai tukšie paraugi tika sagatavoti, sajaucot glikozes šķīdumu vai dejonizētu ūdeni ar glikozes oksidāzes (GOD) un peroksidāzes (POD) 37 hromogēniem šķīdumiem attiecīgi fiksētā tilpuma attiecībā 3:1. 8. attēlā redzamas deviņu iekrāsotu paraugu (S2–S10) optiskās fotogrāfijas ar glikozes koncentrācijām no 2,0 mM (pa kreisi) līdz 5,12 nM (pa labi). Apsārtums samazinās, samazinoties glikozes koncentrācijai.
4., 9. un 10. parauga mērījumu rezultāti ar MWC fotometru ir parādīti attiecīgi 9.(a)-(c) attēlā. Kā parādīts 9.(c) attēlā, izmērītais ΔV kļūst mazāk stabils un mērījuma laikā lēnām palielinās, jo paša GOD-POD reaģenta krāsa (pat bez glikozes pievienošanas) lēnām mainās gaismā. Tādējādi secīgus ΔV mērījumus nevar atkārtot paraugiem ar glikozes koncentrāciju, kas mazāka par 5,12 nM (10. paraugs), jo, ja ΔV ir pietiekami mazs, GOD-POD reaģenta nestabilitāti vairs nevar ignorēt. Tāpēc glikozes šķīduma noteikšanas robeža ir 5,12 nM, lai gan atbilstošā ΔV vērtība (0,52 µV) ir daudz lielāka nekā trokšņa vērtība (0,03 µV), kas norāda, ka nelielu ΔV joprojām var noteikt. Šo noteikšanas robežu var vēl vairāk uzlabot, izmantojot stabilākus hromogēnus reaģentus.
(a) 4. parauga, (b) 9. parauga un (c) 10. parauga mērījumu rezultāti, izmantojot uz MWC balstītu fotometru.
AMWC absorbciju var aprēķināt, izmantojot izmērītās Vcolor, Vblank un Vdark vērtības. Fotodetektoram ar pastiprinājumu 105 Vdark ir -0,068 μV. Visu paraugu mērījumus var iestatīt papildu materiālā. Salīdzinājumam glikozes paraugi tika mērīti arī ar spektrofotometru, un Acuvette izmērītā absorbcija sasniedza noteikšanas robežu 0,64 µM (7. paraugs), kā parādīts 10. attēlā.
Absorbcijas un koncentrācijas saistība ir parādīta 11. attēlā. Ar MWC fotometru tika panākts 125 reižu lielāks noteikšanas robežas uzlabojums salīdzinājumā ar kivetes spektrofotometru. Šis uzlabojums ir mazāks nekā sarkanās tintes testā GOD-POD reaģenta sliktās stabilitātes dēļ. Tika novērota arī nelineāra absorbcijas palielināšanās zemās koncentrācijās.
Ir izstrādāts uz MWC bāzes veidots fotometrs šķidru paraugu īpaši jutīgai noteikšanai. Optisko ceļu var ievērojami palielināt un padarīt to daudz garāku par MWC fizisko garumu, jo gaismu, ko izkliedē gofrētās gludās metāla sānu sienas, var saturēt kapilārā neatkarīgi no krišanas leņķa. Pateicoties jaunajai nelineārajai optiskajai pastiprināšanai un ātrai paraugu pārslēgšanai un glikozes noteikšanai, izmantojot parastos GOD-POD reaģentus, var sasniegt pat 5,12 nM koncentrācijas. Šis kompaktais un lētais fotometrs tiks plaši izmantots dzīvības zinātnēs un vides monitoringā mikroelementu analīzei.
Kā parādīts 1. attēlā, uz MWC bāzes veidotais fotometrs sastāv no 7 cm gara MWC (iekšējais diametrs 1,7 mm, ārējais diametrs 3,18 mm, EP klases elektropulēta iekšējā virsma, SUS316L nerūsējošā tērauda kapilārs), 505 nm viļņa garuma LED (Thorlabs M505F1) un lēcām (staru kūļa izkliede aptuveni 6,6 grādi), mainīga pastiprinājuma fotodetektora (Thorlabs PDB450C) un diviem T veida savienotājiem optiskajai komunikācijai un šķidruma ieplūdei/izplūdei. T veida savienotājs ir izgatavots, savienojot caurspīdīgu kvarca plāksni ar PMMA cauruli, kurā cieši ievietotas un pielīmētas MWC un Peek caurules (0,72 mm ID, 1,6 mm OD, Vici Valco Corp.). Ienākošā parauga pārslēgšanai tiek izmantots trīsceļu vārsts, kas savienots ar Pike ieplūdes cauruli. Fotodetektors var pārveidot saņemto optisko jaudu P pastiprinātā sprieguma signālā N×V (kur V/P = 1,0 V/W pie 1550 nm, pastiprinājumu N var manuāli regulēt diapazonā no 103 līdz 107). Īsuma labad kā izejas signāls N×V vietā tiek izmantots V.
Salīdzinājumam, šķidro paraugu absorbcijas mērīšanai tika izmantots arī komerciāls spektrofotometrs (Agilent Technologies Cary 300 sērija ar R928 augstas efektivitātes fotoelektronu pavairotāju) ar 1,0 cm kivetes šūnu.
MWC griezuma iekšējā virsma tika pārbaudīta, izmantojot optisko virsmas profilētāju (ZYGO New View 5022) ar vertikālo un sānu izšķirtspēju attiecīgi 0,1 nm un 0,11 µm.
Visas ķīmiskās vielas (analītiskās kvalitātes, bez turpmākas attīrīšanas) tika iegādātas no Sichuan Chuangke Biotechnology Co., Ltd. Glikozes testa komplekti ietver glikozes oksidāzi (GOD), peroksidāzi (POD), 4-aminoantipirīnu un fenolu utt. Hrogēnais šķīdums tika sagatavots, izmantojot parasto GOD-POD 37 metodi.
Kā parādīts 2. tabulā, izmantojot DI H2O kā atšķaidītāju, izmantojot sērijveida atšķaidīšanas metodi (sīkāku informāciju skatīt papildmateriālos), tika sagatavoti dažādi glikozes šķīdumi dažādās koncentrācijās. Iekrāsotos vai tukšos paraugus sagatavo, sajaucot glikozes šķīdumu vai dejonizētu ūdeni ar hromogēnu šķīdumu fiksētā tilpuma attiecībā 3:1. Visi paraugi pirms mērīšanas 10 minūtes tika uzglabāti 37 °C temperatūrā, sargājot no gaismas. Izmantojot GOD-POD metodi, iekrāsotie paraugi kļūst sarkani ar absorbcijas maksimumu pie 505 nm, un absorbcija ir gandrīz proporcionāla glikozes koncentrācijai.
Kā parādīts 1. tabulā, ar sērijveida atšķaidīšanas metodi, izmantojot DI H2O kā šķīdinātāju, tika sagatavota virkne sarkanās tintes šķīdumu (Ostrich Ink Co., Ltd., Tjaņdzjiņa, Ķīna).
Kā citēt šo rakstu: Bai, M. et al. Kompakts fotometrs, kura pamatā ir metāla viļņvada kapilāri: glikozes nanomolāru koncentrāciju noteikšanai. The Science. 5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
Dress, P. un Franke, H. Šķidrumu analīzes un pH vērtības kontroles precizitātes palielināšana, izmantojot šķidruma kodola viļņvadu. Dress, P. un Franke, H. Šķidrumu analīzes un pH vērtības kontroles precizitātes palielināšana, izmantojot šķidruma kodola viļņvadu.Dress, P. un Franke, H. Šķidrumu analīzes un pH kontroles precizitātes uzlabošana ar šķidro kodolu viļņvadu. 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. un Franke, H. Šķidrumu analīzes un pH kontroles precizitātes uzlabošana, izmantojot šķidro kodolu viļņvadus.Pāriet uz zinātni. metrs. 68, 2167–2171 (1997).
Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ un Hansell, DA. Nepārtraukta kolorimetriska amonija pēdu noteikšana jūras ūdenī ar gara ceļa šķidruma viļņvada kapilāro šūnu. Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ un Hansell, DA. Nepārtraukta kolorimetriska amonija pēdu noteikšana jūras ūdenī ar gara ceļa šķidruma viļņvada kapilāro šūnu.Lī, KP, Džans, Dž.-Z., Millero, FDž un Hansels, D. A. Nepārtraukta kolorimetriska amonija pēdu daudzuma noteikšana jūras ūdenī, izmantojot kapilāro šūnu ar šķidruma viļņvadu. 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 un Hansell, DA.Lī, KP, Džans, Dž.-Z., Millero, FDž un Hansels, D. A. Nepārtraukta kolorimetriska amonija pēdu daudzuma noteikšana jūras ūdenī, izmantojot tāla darbības rādiusa šķidruma viļņvada kapilārus.Ķīmija martā. 96, 73.–85. lpp. (2005. g.).
Pascoa, RNMJ, Tóth, IV un Rangel, AOSS. Pārskats par šķidro viļņvadu kapilāro šūnu jaunākajiem pielietojumiem plūsmas analīzes metodēs, lai uzlabotu spektroskopisko noteikšanas metožu jutību. Pascoa, RNMJ, Tóth, IV un Rangel, AOSS. Pārskats par šķidro viļņvadu kapilāro šūnu jaunākajiem pielietojumiem plūsmas analīzes metodēs, lai uzlabotu spektroskopisko noteikšanas metožu jutību.Pascoa, RNMJ, Toth, IV un Rangel, AOSS. Pārskats par šķidro viļņvadu kapilāro šūnu jaunākajiem pielietojumiem plūsmas analīzes metodēs, lai uzlabotu spektroskopisko noteikšanas metožu jutību. 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 回顾 液体 毛细管 单元 在 基于 的 分析 技术 中 的 最提检测 方法 的。。。 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 庵 庵 底 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 庵敏度 禁 敏灵敏度 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 un Rangel, AOSS. Pārskats par šķidro viļņvadu kapilāro šūnu jaunākajiem pielietojumiem plūsmas analītiskajās metodēs, lai uzlabotu spektroskopisko noteikšanas metožu jutību.tūpļa. Ķīmijas likums 739, 1.–13. lpp. (2012. g.).
Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. un Shen, J. Ag, AgI plēvju biezuma izpēte dobu viļņvadu kapilārā. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. un Shen, J. Ag, AgI plēvju biezuma izpēte dobu viļņvadu kapilārā.Veņs T., Gao Dž., Džans Dž., Bjans B. un Šens Dž. Ag un AgI plēvju biezuma izpēte kapilārā dobām viļņvadām. 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. un Shen, J. Pētījums par Ag un AgI plānās plēves biezumu gaisa vadā.Veņs T., Gao Dž., Džans Dž., Bjans B. un Šens Dž. Plānās Ag, AgI plēves biezuma izpēte dobās viļņvadu kapilārās.Infrasarkanā fizika. Tehnoloģija 42, 501–508 (2001).
Gimberts, LJ, Haygarth, PM un Worsfolds, PJ. Nanomolāru fosfātu koncentrāciju noteikšana dabiskajos ūdeņos, izmantojot plūsmas injekciju ar gara ceļa garuma šķidruma viļņvada kapilāro šūnu un cietvielu spektrofotometrisko detekciju. Gimberts, LJ, Haygarth, PM un Worsfolds, PJ. Nanomolāru fosfātu koncentrāciju noteikšana dabiskajos ūdeņos, izmantojot plūsmas injekciju ar gara ceļa garuma šķidruma viļņvada kapilāro šūnu un cietvielu spektrofotometrisko detekciju.Gimbert, LJ, Haygarth, PM un Worsfold, PJ Nanomolāro fosfātu koncentrācijas noteikšana dabiskajos ūdeņos, izmantojot plūsmas injekciju ar šķidruma viļņvada kapilāro šūnu un cietvielu spektrofotometrisko detekciju. Gimberts, LJ, Heigarts, PM un Vorsfolda, 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. Gimberts, LJ, Haygarth, PM un Worsfolds, PJ. Fosfātu koncentrācijas noteikšana dabīgajā ūdenī, izmantojot šķidruma šļirci un tālas darbības šķidruma viļņvada kapilāro caurulīti.Gimbert, LJ, Haygarth, PM un Worsfold, PJ Nanomolārā fosfāta noteikšana dabīgajā ūdenī, izmantojot injekcijas plūsmu un kapilāro viļņvadu ar garu optisko ceļu un cietvielu spektrofotometrisko detekciju.Taranta 71, 1624–1628 (2007).
Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. un Liu, S. Šķidruma viļņvada kapilāro šūnu linearitāte un efektīvais optiskā ceļa garums. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. un Liu, S. Šķidruma viļņvada kapilāro šūnu linearitāte un efektīvais optiskā ceļa garums.Belz M., Dress P., Suhitsky A. un Liu S. Linearitāte un efektīvais optiskā ceļa garums šķidruma viļņvados kapilāru šūnās. 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. un Liu, S. Šķidra ūdens linearitāte un efektīvais garums.Belz M., Dress P., Suhitsky A. un Liu S. Lineārais un efektīvais optiskā ceļa garums kapilārās šūnas šķidruma vilnī.SPIE 3856, 271.–281. lpp. (1999. g.).
Dallas, T. un Dasgupta, PK Gaisma tuneļa galā: jaunākie šķidrā kodola viļņvadu analītiskie pielietojumi. Dallas, T. un Dasgupta, PK Gaisma tuneļa galā: jaunākie šķidrā kodola viļņvadu analītiskie pielietojumi.Dallas, T. un Dasgupta, PK Gaisma tuneļa galā: jaunākie šķidrā kodola viļņvadu analītiskie pielietojumi. Dallas, T. & Dasgupta, PK Gaisma tuneļa galā:液芯波导的最新分析应用. Dallas, T. & Dasgupta, PK Gaisma tuneļa galā:液芯波导的最新分析应用.Dallas, T. un Dasgupta, PK Gaisma tuneļa galā: jaunākais šķidrā kodola viļņvadu analītiskais pielietojums.TrAC, tendenču analīze. Chemical. 23, 385–392 (2004).
Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR un McKelvie, ID. Daudzpusīga pilnīgas iekšējās atstarošanas fotometriskās noteikšanas šūna plūsmas analīzei. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR un McKelvie, ID. Daudzpusīga pilnīgas iekšējās atstarošanas fotometriskās noteikšanas šūna plūsmas analīzei.Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR un McKelvey, ID Universāla fotometriskā pilnīgas iekšējās atstarošanas šūna plūsmas analīzei. Eliss, 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. Eliss, PS, Džentls, BS, Greisa, MR un Makelvijs, AidahoEllis, PS, Gentle, BS, Grace, MR un McKelvey, ID Universālā TIR fotometriskā šūna plūsmas analīzei.Taranta 79, 830.–835. lpp. (2009. g.).
Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ un McKelvie, ID. Daudzrefleksijas fotometriskā plūsmas šūna, ko izmanto estuāru ūdeņu plūsmas injekcijas analīzē. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ un McKelvie, ID. Daudzrefleksijas fotometriskā plūsmas šūna, ko izmanto estuāru ūdeņu plūsmas injekcijas analīzē.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ un McKelvey, ID. Daudzatstarojoša fotometriska plūsmas šūna, ko izmanto estuāru ūdeņu plūsmas analīzē. Elisa, PS, Lidija-Mīnija, AJ, Vorsfolda, PJ un Makkelvija, 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 un McKelvie, ID.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ un McKelvey, ID. Daudzatstarojoša fotometriska plūsmas šūna plūsmas injekcijas analīzei estuāru ūdeņos.anus Chim. Acta 499, 81-89 (2003).
Pan, J.-Z., Yao, B. un Fang, Q. Rokas fotometrs, kura pamatā ir šķidrā kodola viļņvada absorbcijas noteikšana nanolitru mēroga paraugiem. Pan, J.-Z., Yao, B. un Fang, Q. Rokas fotometrs, kura pamatā ir šķidrā kodola viļņvada absorbcijas noteikšana nanolitru mēroga paraugiem.Pan, J.-Z., Yao, B. un Fang, K. Rokas fotometrs, kas balstīts uz šķidruma kodola viļņa garuma absorbcijas noteikšanu nanolitru mēroga paraugiem. 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. Pamatojoties uz 液芯波波水水水油法的纳法手手手持光度计.Pan, J.-Z., Yao, B. un Fang, K. Rokas fotometrs ar nanoskalas paraugu, kura pamatā ir absorbcijas noteikšana šķidrā kodola vilnī.anus Chemical. 82, 3394–3398 (2010).
Zhang, J.-Z. Palieliniet injekcijas plūsmas analīzes jutību, izmantojot kapilāro plūsmas šūnu ar garu optisko ceļu spektrofotometriskai noteikšanai. anus. the science. 22, 57–60 (2006).
D'Sa, EJ un Steward, RG Šķidrā kapilārā viļņvada pielietojums absorbcijas spektroskopijā (Atbilde uz Byrne un Kaltenbacher komentāru). D'Sa, EJ un Steward, RG Šķidrā kapilārā viļņvada pielietojums absorbcijas spektroskopijā (Atbilde uz Byrne un Kaltenbacher komentāru).D'Sa, EJ un Stjuarts, RG Šķidruma kapilāro viļņvadu pielietojumi absorbcijas spektroskopijā (Atbilde uz Bērna un Kaltenbahera komentāriem). 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 Šķidruma 毛绿波波对在absorbcijas spektra pielietojums（回复Byrne和Kaltenbacher的评论）.D'Sa, EJ un Steward, RG Šķidrie kapilārie viļņvadi absorbcijas spektroskopijai (atbildot uz Bērna un Kaltenbahera komentāriem).limonols. Okeanogrāfs. 46, 742.–745. lpp. (2001. g.).
Khijwania, SK un Gupta, BD Šķiedru optiskā evanescējošā lauka absorbcijas sensors: šķiedras parametru un zondes ģeometrijas ietekme. Khijwania, SK un Gupta, BD Šķiedru optiskā evanescējošā lauka absorbcijas sensors: šķiedras parametru un zondes ģeometrijas ietekme.Hijvania, SK un Gupta, BD Šķiedru optiskā evanescējošā lauka absorbcijas sensors: Šķiedras parametru un zondes ģeometrijas ietekme. 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. Khidžvanija, Slovakija un Gupta, Britu KolumbijaHijvania, SK un Gupta, BD. Izzūdoša lauka absorbcijas šķiedru optikas sensori: šķiedru parametru un zondes ģeometrijas ietekme.Optika un kvantu elektronika 31, 625–636 (1999).
Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. un Woodruff, SD. Dobu, ar metālu izklātu, viļņvadu Ramana sensoru leņķiskā jauda. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. un Woodruff, SD. Dobu, ar metālu izklātu, viļņvadu Ramana sensoru leņķiskā jauda.Bedžitskis, S., Buričs, MP, Falks, Dž. un Vudrafs, SD. Dobu viļņvadu Ramana sensoru ar metāla oderi leņķiskā jauda. 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.Bedžitskis, S., Buričs, MP, Falks, Dž. un Vudrafs, SD. Ramana sensora leņķiskā izeja ar tukšu metāla viļņvadu.pieteikums 51. izvēlei, 2023.–2025. gads (2012. gads).
Haringtona, Dž. Dž. Pārskats par dobajiem viļņvadiem IR pārraidei. Šķiedru integrācija. Pēc izvēles. 19, 211–227 (2000).