Terima kasih kerana melayari Nature.com. Versi pelayar yang anda gunakan mempunyai sokongan CSS yang terhad. Untuk pengalaman terbaik, kami mengesyorkan agar anda menggunakan pelayar yang dikemas kini (atau melumpuhkan Mod Keserasian dalam Internet Explorer). Sementara itu, untuk memastikan sokongan berterusan, kami akan memaparkan laman web tanpa gaya dan JavaScript.
Analisis jejak sampel cecair mempunyai pelbagai aplikasi dalam sains hayat dan pemantauan alam sekitar. Dalam kajian ini, kami telah membangunkan fotometer yang padat dan murah berdasarkan kapilari pandu gelombang logam (MCC) untuk penentuan penyerapan ultrasensitif. Laluan optik boleh ditingkatkan dengan ketara, dan jauh lebih panjang daripada panjang fizikal MWC, kerana cahaya yang diserakkan oleh dinding sisi logam licin beralun boleh terkandung di dalam kapilari tanpa mengira sudut kejadian. Kepekatan serendah 5.12 nM boleh dicapai menggunakan reagen kromogenik biasa disebabkan oleh amplifikasi optik bukan linear baharu dan pensuisan sampel pantas dan pengesanan glukosa.
Fotometri digunakan secara meluas untuk analisis jejak sampel cecair kerana banyaknya reagen kromogenik dan peranti optoelektronik semikonduktor yang tersedia1,2,3,4,5. Berbanding dengan penentuan penyerapan berasaskan kuvet tradisional, kapilari pandu gelombang cecair (LWC) memantulkan (TIR) ​​dengan memastikan prob cahaya berada di dalam kapilari1,2,3,4,5. Walau bagaimanapun, tanpa penambahbaikan selanjutnya, laluan optik hanya hampir dengan panjang fizikal LWC3.6, dan peningkatan panjang LWC melebihi 1.0 m akan mengalami pelemahan cahaya yang kuat dan risiko gelembung yang tinggi, dsb.3,7. Berkenaan dengan sel berbilang pantulan yang dicadangkan untuk penambahbaikan laluan optik, had pengesanan hanya diperbaiki dengan faktor 2.5-8.9.
Pada masa ini terdapat dua jenis utama LWC, iaitu kapilari Teflon AF (mempunyai indeks biasan hanya ~1.3, yang lebih rendah daripada air) dan kapilari silika yang disalut dengan Teflon AF atau filem logam1,3,4. Untuk mencapai TIR pada antara muka antara bahan dielektrik, bahan dengan indeks biasan rendah dan sudut kejadian cahaya yang tinggi diperlukan3,6,10. Berkenaan dengan kapilari Teflon AF, Teflon AF boleh bernafas kerana struktur berliangnya3,11 dan boleh menyerap sejumlah kecil bahan dalam sampel air. Bagi kapilari kuarza yang disalut di bahagian luar dengan Teflon AF atau logam, indeks biasan kuarza (1.45) adalah lebih tinggi daripada kebanyakan sampel cecair (cth. 1.33 untuk air)3,6,12,13. Bagi kapilari yang disalut dengan filem logam di dalamnya, sifat pengangkutan telah dikaji14,15,16,17,18, tetapi proses salutannya rumit, permukaan filem logam mempunyai struktur kasar dan berliang4,19.
Di samping itu, LWC komersial (Kapilari Bersalut Teflon AF dan Kapilari Silika Bersalut Teflon AF, World Precision Instruments, Inc.) mempunyai beberapa kelemahan lain, seperti: untuk kerosakan. . Isipadu mati penyambung TIR3,10, (2) yang besar (untuk menyambungkan kapilari, gentian dan tiub masuk/keluar) boleh memerangkap gelembung udara10.
Pada masa yang sama, penentuan tahap glukosa adalah sangat penting untuk diagnosis diabetes, sirosis hati dan penyakit mental20. dan banyak kaedah pengesanan 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, resonans plasmon permukaan. 37, rongga Fabry-Perot 38, elektrokimia 39 dan elektroforesis kapilari 40,41 dan sebagainya. Walau bagaimanapun, kebanyakan kaedah ini memerlukan peralatan yang mahal, dan pengesanan glukosa pada beberapa kepekatan nanomolar masih menjadi cabaran (contohnya, untuk pengukuran fotometrik21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, kepekatan glukosa terendah). (hadnya hanya 30 nM apabila nanopartikel biru Prusia digunakan sebagai peniru peroksidase). Analisis glukosa nanomolar sering diperlukan untuk kajian selular peringkat molekul seperti perencatan pertumbuhan kanser prostat manusia42 dan tingkah laku fiksasi CO2 Prochlorococcus di lautan.
Dalam artikel ini, sebuah fotometer yang padat dan murah berdasarkan kapilari pandu gelombang logam (MWC), iaitu kapilari keluli tahan karat SUS316L dengan permukaan dalaman yang digilap elektro, telah dibangunkan untuk penentuan penyerapan ultrasensitif. Memandangkan cahaya boleh terperangkap di dalam kapilari logam tanpa mengira sudut tuju, laluan optik boleh ditingkatkan dengan ketara melalui penyerakan cahaya pada permukaan logam beralun dan licin, dan jauh lebih panjang daripada panjang fizikal MWC. Di samping itu, penyambung-T mudah direka bentuk untuk sambungan optik dan salur masuk/salur keluar bendalir bagi meminimumkan isipadu mati dan mengelakkan perangkap gelembung. Bagi fotometer MWC 7 cm, had pengesanan diperbaiki kira-kira 3000 kali ganda berbanding spektrofotometer komersial dengan kuvet 1 cm disebabkan oleh peningkatan baharu laluan optik tak linear dan pensuisan sampel yang pantas, dan kepekatan pengesanan glukosa juga boleh dicapai. hanya 5.12 nM menggunakan reagen kromogenik biasa.
Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1, fotometer berasaskan MWC terdiri daripada MWC sepanjang 7 cm dengan permukaan dalaman elektropoles gred EP, LED 505 nm dengan kanta, pengesan foto gandaan boleh laras dan dua untuk gandingan optik dan input cecair. Keluar. Injap tiga hala yang disambungkan ke tiub salur masuk Pike digunakan untuk menukar sampel yang masuk. Tiub Peek dipasang rapat pada plat kuarza dan MWC, jadi isipadu mati dalam penyambung-T dikekalkan pada tahap minimum, dengan berkesan menghalang gelembung udara daripada terperangkap. Di samping itu, pancaran kolimat boleh dimasukkan dengan mudah dan cekap ke dalam MWC melalui plat kuarza kepingan-T.
Sampel pancaran dan cecair dimasukkan ke dalam MCC melalui kepingan-T, dan pancaran yang melalui MCC diterima oleh fotodetektor. Larutan masuk sampel berwarna atau kosong dimasukkan secara berselang-seli ke dalam ICC melalui injap tiga hala. Menurut hukum Beer, ketumpatan optik sampel berwarna boleh dikira daripada persamaan. 1.10
di mana Vcolor dan Vblank ialah isyarat output fotopengesan apabila sampel warna dan kosong dimasukkan ke dalam MCC, masing-masing, dan Vdark ialah isyarat latar belakang fotopengesan apabila LED dimatikan. Perubahan dalam isyarat output ΔV = Vcolor–Vblank boleh diukur dengan menukar sampel. Mengikut persamaan. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1, jika ΔV jauh lebih kecil daripada Vblank–Vdark, apabila menggunakan skema penukaran persampelan, perubahan kecil dalam Vblank (cth. hanyutan) boleh memberi sedikit kesan pada nilai AMWC.
Untuk membandingkan prestasi fotometer berasaskan MWC dengan spektrofotometer berasaskan kuvet, larutan dakwat merah telah digunakan sebagai sampel warna kerana kestabilan warnanya yang sangat baik dan kelinearan penyerapan kepekatan yang baik, DI H2O sebagai sampel kosong. . Seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 1, satu siri larutan dakwat merah telah disediakan melalui kaedah pencairan bersiri menggunakan DI H2O sebagai pelarut. Kepekatan relatif sampel 1 (S1), cat merah asal yang tidak dicairkan, ditentukan sebagai 1.0. Pada rajah, Rajah 2 menunjukkan gambar optik 11 sampel dakwat merah (S4 hingga S14) dengan kepekatan relatif (disenaraikan dalam Jadual 1) antara 8.0 × 10–3 (kiri) hingga 8.2 × 10–10 (kanan).
Keputusan pengukuran untuk sampel 6 ditunjukkan dalam Rajah 3(a). Titik pertukaran antara sampel berwarna dan sampel kosong ditanda dalam rajah dengan anak panah berganda “↔”. Dapat dilihat bahawa voltan keluaran meningkat dengan cepat apabila bertukar daripada sampel berwarna kepada sampel kosong dan sebaliknya. Vcolor, Vblank dan ΔV yang sepadan boleh diperolehi seperti yang ditunjukkan dalam rajah.
(a) Keputusan pengukuran untuk sampel 6, (b) sampel 9, (c) sampel 13, dan (d) sampel 14 menggunakan fotometer berasaskan MWC.
Keputusan pengukuran untuk sampel 9, 13, dan 14 masing-masing ditunjukkan dalam Rajah 3(b)-(d). Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3(d), ΔV yang diukur hanya 5 nV, iaitu hampir 3 kali ganda nilai hingar (2 nV). ΔV yang kecil sukar dibezakan daripada hingar. Oleh itu, had pengesanan mencapai kepekatan relatif 8.2×10-10 (sampel 14). Dengan bantuan persamaan. 1. Penyerapan AMWC boleh dikira daripada nilai Vcolor, Vblank dan Vdark yang diukur. Bagi fotodetektor dengan gandaan 104 Vdark ialah -0.68 μV. Keputusan pengukuran untuk semua sampel diringkaskan dalam Jadual 1 dan boleh didapati dalam bahan tambahan. Seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 1, penyerapan yang terdapat pada kepekatan tinggi adalah tepu, jadi penyerapan melebihi 3.7 tidak boleh diukur dengan spektrometer berasaskan MWC.
Sebagai perbandingan, sampel dakwat merah juga diukur dengan spektrofotometer dan penyerapan Acuvette yang diukur ditunjukkan dalam Rajah 4. Nilai Acuvette pada 505 nm (seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 1) diperoleh dengan merujuk kepada lengkung sampel 10, 11, atau 12 (seperti yang ditunjukkan dalam sisipan). kepada Rajah 4) sebagai garis dasar. Seperti yang ditunjukkan, had pengesanan mencapai kepekatan relatif 2.56 x 10-6 (sampel 9) kerana lengkung penyerapan sampel 10, 11 dan 12 tidak dapat dibezakan antara satu sama lain. Oleh itu, apabila menggunakan fotometer berasaskan MWC, had pengesanan telah diperbaiki dengan faktor 3125 berbanding spektrofotometer berasaskan kuvet.
Pergantungan penyerapan-kepekatan ditunjukkan dalam Rajah 5. Bagi pengukuran kuvet, penyerapan adalah berkadar dengan kepekatan dakwat pada panjang laluan 1 cm. Manakala, bagi pengukuran berasaskan MWC, peningkatan penyerapan tak linear diperhatikan pada kepekatan rendah. Menurut hukum Beer, penyerapan adalah berkadar dengan panjang laluan optik, jadi gandaan penyerapan AEF (ditakrifkan sebagai AEF = AMWC/Acuvette pada kepekatan dakwat yang sama) ialah nisbah MWC kepada panjang laluan optik kuvet. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 5, pada kepekatan tinggi, AEF yang malar adalah sekitar 7.0, yang munasabah kerana panjang MWC adalah tepat 7 kali ganda panjang kuvet 1 cm. Walau bagaimanapun, pada kepekatan rendah (kepekatan berkaitan <1.28 × 10-5), AEF meningkat dengan kepekatan yang berkurangan dan akan mencapai nilai 803 pada kepekatan berkaitan 8.2 × 10-10 dengan mengekstrapolasi lengkung pengukuran berasaskan kuvet. Walau bagaimanapun, pada kepekatan rendah (kepekatan berkaitan <1.28 × 10-5), AEF meningkat dengan kepekatan yang berkurangan dan akan mencapai nilai 803 pada kepekatan berkaitan 8.2 × 10-10 dengan mengekstrapolasi lengkung pengukuran berasaskan kuvet. Однако при низких концентрациях (относительная концентрация <1,28 × 10–5) AEF увелижчивается с уменьшением ткрация достигать значения 803 при относительной концентрации 8,2 × 10–10 при экстраполяции кривой измерения на основет . Walau bagaimanapun, pada kepekatan rendah (kepekatan relatif <1.28 × 10–5), AEF meningkat dengan kepekatan yang berkurangan dan boleh mencapai nilai 803 pada kepekatan relatif 8.2 × 10–10 apabila diekstrapolasi daripada lengkung pengukuran berasaskan kuvet.然而，在低浓度（相关浓度<1.28 × 10-5 ）下，AEF随着浓度的降低而增加，并且通过外推基于比色皿的测量曲线，在相关浓度为8.2 × 1.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 通迎比色皿 测量 曲线 ， 在 浓度 为 8.2 × 10-10 时 达到 达到 达到 达到 达到803 。 Однако при низких концентрациях (релевантные концентрации < 1,28 × 10-5) АЭП увеличивается с уменьшениетрации с уменьшениетрации экстраполяции кривой измерения на основе кюветы она достигает значения относительной концентрации 8,2 × 803 10. Walau bagaimanapun, pada kepekatan rendah (kepekatan yang berkaitan < 1.28 × 10-5) AED meningkat dengan kepekatan yang berkurangan, dan apabila diekstrapolasi daripada lengkung pengukuran berasaskan kuvet, ia mencapai nilai kepekatan relatif 8.2 × 10–10803.Ini menghasilkan laluan optik yang sepadan iaitu 803 cm (AEF × 1 cm), yang jauh lebih panjang daripada panjang fizikal MWC, dan lebih panjang daripada LWC terpanjang yang tersedia secara komersial (500 cm dari World Precision Instruments, Inc.). Doko Engineering LLC mempunyai panjang 200 cm). Peningkatan penyerapan tak linear dalam LWC ini belum pernah dilaporkan sebelum ini.
Pada rajah 6(a)-(c), tunjukkan imej optik, imej mikroskop dan imej profil optik bagi permukaan dalam bahagian MWC. Seperti yang ditunjukkan dalam rajah 6(a), permukaan dalam licin dan berkilat, boleh memantulkan cahaya yang boleh dilihat dan sangat memantulkan cahaya. Seperti yang ditunjukkan dalam rajah 6(b), disebabkan oleh kebolehubahan bentuk dan sifat kristal logam, mesa kecil dan ketidakteraturan muncul pada permukaan licin. Memandangkan kawasan yang kecil (<5 μm×5 μm), kekasaran kebanyakan permukaan adalah kurang daripada 1.2 nm (Rajah 6(c)). Memandangkan kawasan yang kecil (<5 μm×5 μm), kekasaran kebanyakan permukaan adalah kurang daripada 1.2 nm (Rajah 6(c)). Ввиду малой площади (<5 мкм×5 мкм) шероховатость большей части поверхности составляет менее 1,2 нм () 6() . Disebabkan oleh kawasan yang kecil (<5 µm×5 µm), kekasaran kebanyakan permukaan adalah kurang daripada 1.2 nm (Rajah 6(c)).考虑到小面积（<5 μm×5 μm），大多数表面的粗糙度小于1.2 nm（图6（c））。考虑到小面积（<5 μm×5 μm），大多数表面的粗糙度小于1.2 nm（图6（c））。 Учитывая небольшую площадь (<5 мкм × 5 мкм), шероховатость большинства поверхностей составляет менее (1,2 нм). Memandangkan kawasan yang kecil (<5 µm × 5 µm), kekasaran kebanyakan permukaan adalah kurang daripada 1.2 nm (Rajah 6(c)).
(a) Imej optik, (b) imej mikroskop, dan (c) imej optik permukaan dalaman potongan MWC.
Seperti yang ditunjukkan dalam rajah 7(a), laluan optik LOP dalam kapilari ditentukan oleh sudut kejadian θ (LOP = LC/sinθ, di mana LC ialah panjang fizikal kapilari). Bagi kapilari Teflon AF yang diisi dengan DI H2O, sudut kejadian mestilah lebih besar daripada sudut kritikal 77.8°, jadi LOP adalah kurang daripada 1.02 × LC tanpa penambahbaikan selanjutnya3.6. Manakala, dengan MWC, pengurungan cahaya di dalam kapilari adalah bebas daripada indeks biasan atau sudut kejadian, jadi apabila sudut kejadian berkurangan, laluan cahaya boleh menjadi lebih panjang daripada panjang kapilari (LOP » LC). Seperti yang ditunjukkan dalam rajah 7(b), permukaan logam beralun boleh mendorong penyebaran cahaya, yang boleh meningkatkan laluan optik dengan ketara.
Oleh itu, terdapat dua laluan cahaya untuk MWC: cahaya langsung tanpa pantulan (LOP = LC) dan cahaya gigi gergaji dengan berbilang pantulan antara dinding sisi (LOP » LC). Menurut hukum Beer, keamatan cahaya langsung dan zigzag yang dihantar boleh dinyatakan masing-masing sebagai PS×exp(-α×LC) dan PZ×exp(-α×LOP), dengan pemalar α ialah pekali penyerapan, yang bergantung sepenuhnya pada kepekatan dakwat.
Untuk dakwat berkepekatan tinggi (contohnya, kepekatan berkaitan >1.28 × 10-5), cahaya zigzag sangat dilemahkan dan keamatannya jauh lebih rendah daripada cahaya lurus, disebabkan oleh pekali penyerapan yang besar dan laluan optiknya yang lebih panjang. Untuk dakwat berkepekatan tinggi (contohnya, kepekatan berkaitan >1.28 × 10-5), cahaya zigzag sangat dilemahkan dan keamatannya jauh lebih rendah daripada cahaya lurus, disebabkan oleh pekali penyerapan yang besar dan laluan optiknya yang jauh lebih panjang. Для чернил с высокой концентрацией (contohnya, относительная концентрация >1,28 × 10-5) зигзагообразный ситхат его интенсивность намного ниже, чем у прямого света, из-за большого коэффициента поглощения и горазого блонента излучения. Untuk dakwat berkepekatan tinggi (cth. kepekatan relatif >1.28×10-5), cahaya zigzag dilemahkan dengan kuat dan keamatannya jauh lebih rendah daripada cahaya langsung disebabkan oleh pekali penyerapan yang besar dan pancaran optik yang lebih lama.trek.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 ， 佉度， 这 是 吸收 系数 大 光学 时间 更。。。 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长Для чернил с высокой концентрацией (contohnya, релевантные концентрации >1,28×10-5) зигзагообразный светльзнабил и его интенсивность намного ниже, чем у прямого света из-за большого коэффициента поглощения и болоти глите длите времени. Untuk dakwat berkepekatan tinggi (contohnya, kepekatan yang berkaitan >1.28×10-5), cahaya zigzag dilemahkan dengan ketara dan keamatannya jauh lebih rendah daripada cahaya langsung disebabkan oleh pekali penyerapan yang besar dan masa optik yang lebih lama.jalan kecil.Oleh itu, cahaya langsung mendominasi penentuan penyerapan (LOP=LC) dan AEF dikekalkan malar pada ~7.0. Sebaliknya, apabila pekali penyerapan berkurangan dengan penurunan kepekatan dakwat (contohnya, kepekatan berkaitan <1.28 × 10-5), keamatan cahaya zigzag meningkat dengan lebih pantas berbanding cahaya lurus dan kemudian cahaya zigzag mula memainkan peranan yang lebih penting. Sebaliknya, apabila pekali penyerapan berkurangan dengan penurunan kepekatan dakwat (contohnya, kepekatan berkaitan <1.28 × 10-5), keamatan cahaya zigzag meningkat dengan lebih pantas berbanding cahaya lurus dan kemudian cahaya zigzag mula memainkan peranan yang lebih penting. Напротив, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чернил (например, отнцея, отнцея, относитель2я 10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличивается быстрее, чем у прямого света, dan затем начинает игратоть начинает игратоть . Sebaliknya, apabila pekali penyerapan berkurangan dengan penurunan kepekatan dakwat (contohnya, kepekatan relatif <1.28×10-5), keamatan cahaya zigzag meningkat lebih cepat daripada cahaya langsung, dan kemudian cahaya zigzag mula bermain.peranan 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。相反 ， 当 吸收 系数 随着 墨水 的 降低 而 降低 时 例如 例如 ， 关 浓度 浓度 ， 关 浓度 1-8 × 1 ， 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 重要更 更 更 更 更 HI的角色。 И наоборот, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чернил (например, соотвитрацил < 1.28×10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличивается быстрее, чем прямого, и тогда зигзагообразнаты зигзагообразнат более важную роль. Sebaliknya, apabila pekali penyerapan berkurangan dengan penurunan kepekatan dakwat (contohnya, kepekatan yang sepadan < 1.28×10-5), keamatan cahaya zigzag meningkat lebih cepat daripada cahaya langsung, dan kemudian cahaya zigzag mula memainkan peranan yang lebih penting.watak peranan.Oleh itu, disebabkan oleh laluan optik gigi gergaji (LOP » LC), AEF boleh ditingkatkan lebih daripada 7.0. Ciri-ciri penghantaran cahaya MWC yang tepat boleh diperoleh menggunakan teori mod pandu gelombang.
Selain menambah baik laluan optik, penukaran sampel yang pantas juga menyumbang kepada had pengesanan ultra-rendah. Disebabkan oleh isipadu MCC yang kecil (0.16 ml), masa yang diperlukan untuk menukar dan menukar larutan dalam MCC boleh kurang daripada 20 saat. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 5, nilai minimum yang boleh dikesan bagi AMWC (2.5 × 10–4) adalah 4 kali lebih rendah daripada Acuvette (1.0 × 10–3). Penukaran pantas larutan yang mengalir dalam kapilari mengurangkan kesan hingar sistem (cth. hanyutan) terhadap ketepatan perbezaan penyerapan berbanding larutan pengekalan dalam kuvet. Contohnya, seperti yang ditunjukkan dalam rajah 3(b)-(d), ΔV boleh dibezakan dengan mudah daripada isyarat hanyutan disebabkan oleh penukaran sampel yang pantas dalam kapilari isipadu kecil.
Seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 2, pelbagai larutan glukosa pada pelbagai kepekatan telah disediakan menggunakan DI H2O sebagai pelarut. Sampel berwarna atau kosong telah disediakan dengan mencampurkan larutan glukosa atau air ternyahion dengan larutan kromogenik glukosa oksidase (GOD) dan peroksidase (POD) 37 dalam nisbah isipadu tetap masing-masing 3:1. Pada rajah 8 menunjukkan gambar optik sembilan sampel berwarna (S2-S10) dengan kepekatan glukosa antara 2.0 mM (kiri) hingga 5.12 nM (kanan). Kemerahan berkurangan dengan penurunan kepekatan glukosa.
Keputusan pengukuran sampel 4, 9, dan 10 dengan fotometer berasaskan MWC ditunjukkan dalam Rajah 9(a)-(c). Seperti yang ditunjukkan dalam rajah 9(c), ΔV yang diukur menjadi kurang stabil dan perlahan-lahan meningkat semasa pengukuran apabila warna reagen GOD-POD itu sendiri (walaupun tanpa menambah glukosa) perlahan-lahan berubah dalam cahaya. Oleh itu, pengukuran ΔV berturut-turut tidak boleh diulang untuk sampel dengan kepekatan glukosa kurang daripada 5.12 nM (sampel 10), kerana apabila ΔV cukup kecil, ketidakstabilan reagen GOD-POD tidak lagi boleh diabaikan. Oleh itu, had pengesanan untuk larutan glukosa ialah 5.12 nM, walaupun nilai ΔV yang sepadan (0.52 µV) adalah jauh lebih besar daripada nilai hingar (0.03 µV), menunjukkan bahawa ΔV kecil masih boleh dikesan. Had pengesanan ini boleh diperbaiki lagi dengan menggunakan reagen kromogenik yang lebih stabil.
(a) Keputusan pengukuran untuk sampel 4, (b) sampel 9, dan (c) sampel 10 menggunakan fotometer berasaskan MWC.
Serapan AMWC boleh dikira menggunakan nilai Vcolor, Vblank dan Vdark yang diukur. Bagi fotodetektor dengan gandaan 105, Vdark ialah -0.068 μV. Pengukuran untuk semua sampel boleh ditetapkan dalam bahan tambahan. Sebagai perbandingan, sampel glukosa juga diukur dengan spektrofotometer dan serapan Acuvette yang diukur mencapai had pengesanan 0.64 µM (sampel 7) seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 10.
Hubungan antara penyerapan dan kepekatan ditunjukkan dalam Rajah 11. Dengan fotometer berasaskan MWC, peningkatan 125 kali ganda dalam had pengesanan telah dicapai berbanding spektrofotometer berasaskan kuvet. Peningkatan ini lebih rendah daripada ujian dakwat merah disebabkan oleh kestabilan reagen GOD-POD yang lemah. Peningkatan penyerapan tak linear pada kepekatan rendah juga diperhatikan.
Fotometer berasaskan MWC telah dibangunkan untuk pengesanan sampel cecair yang ultra sensitif. Laluan optik boleh ditingkatkan dengan ketara, dan jauh lebih panjang daripada panjang fizikal MWC, kerana cahaya yang diserakkan oleh dinding sisi logam licin beralun boleh terkandung di dalam kapilari tanpa mengira sudut kejadian. Kepekatan serendah 5.12 nM boleh dicapai menggunakan reagen GOD-POD konvensional hasil daripada amplifikasi optik bukan linear baharu dan pensuisan sampel pantas serta pengesanan glukosa. Fotometer yang padat dan murah ini akan digunakan secara meluas dalam sains hayat dan pemantauan alam sekitar untuk analisis jejak.
Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1, fotometer berasaskan MWC terdiri daripada MWC sepanjang 7 cm (diameter dalam 1.7 mm, diameter luar 3.18 mm, permukaan dalam elektropoles kelas EP, kapilari keluli tahan karat SUS316L), LED panjang gelombang 505 nm (Thorlabs M505F1), dan kanta (sebaran pancaran kira-kira 6.6 darjah), pengesan foto gandaan boleh ubah (Thorlabs PDB450C) dan dua penyambung-T untuk komunikasi optik dan masuk/keluar cecair. Penyambung-T dibuat dengan mengikat plat kuarza lutsinar pada tiub PMMA di mana tiub MWC dan Peek (ID 0.72 mm, OD 1.6 mm, Vici Valco Corp.) dimasukkan dengan ketat dan dilekatkan. Injap tiga hala yang disambungkan pada tiub salur masuk Pike digunakan untuk menukar sampel yang masuk. Fotodetektor boleh menukar kuasa optik yang diterima P kepada isyarat voltan yang dikuatkan N×V (di mana V/P = 1.0 V/W pada 1550 nm, gandaan N boleh dilaraskan secara manual dalam julat 103-107). Untuk keringkasan, V digunakan dan bukannya N×V sebagai isyarat output.
Sebagai perbandingan, spektrofotometer komersial (Agilent Technologies Cary 300 siri dengan R928 High Efficiency Photomultiplier) dengan sel kuvet 1.0 cm juga digunakan untuk mengukur penyerapan sampel cecair.
Permukaan dalam potongan MWC telah diperiksa menggunakan profil permukaan optik (ZYGO New View 5022) dengan resolusi menegak dan sisi masing-masing 0.1 nm dan 0.11 µm.
Semua bahan kimia (gred analitik, tiada penulenan lanjut) telah dibeli daripada Sichuan Chuangke Biotechnology Co., Ltd. Kit ujian glukosa termasuk glukosa oksidase (GOD), peroksidase (POD), 4-aminoantipirin dan fenol, dsb. Larutan kromogenik telah disediakan melalui kaedah GOD-POD 37 yang biasa.
Seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 2, pelbagai larutan glukosa pada pelbagai kepekatan telah disediakan menggunakan DI H2O sebagai pencair menggunakan kaedah pencairan bersiri (lihat Bahan Tambahan untuk butiran lanjut). Sediakan sampel berwarna atau kosong dengan mencampurkan larutan glukosa atau air ternyahion dengan larutan kromogenik dalam nisbah isipadu tetap 3:1, masing-masing. Semua sampel disimpan pada suhu 37°C yang dilindungi daripada cahaya selama 10 minit sebelum pengukuran. Dalam kaedah GOD-POD, sampel berwarna bertukar menjadi merah dengan penyerapan maksimum pada 505 nm, dan penyerapan hampir berkadar dengan kepekatan glukosa.
Seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 1, satu siri larutan dakwat merah (Ostrich Ink Co., Ltd., Tianjin, China) telah disediakan melalui kaedah pencairan bersiri menggunakan DI H2O sebagai pelarut.
Cara memetik artikel ini: Bai, M. et al. Fotometer padat berdasarkan kapilari pandu gelombang logam: untuk penentuan kepekatan nanomolar glukosa. sains. 5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
Dress, P. & Franke, H. Meningkatkan ketepatan analisis cecair dan kawalan nilai pH menggunakan pandu gelombang teras cecair. Dress, P. & Franke, H. Meningkatkan ketepatan analisis cecair dan kawalan nilai pH menggunakan pandu gelombang teras cecair.Dress, P. dan Franke, H. Meningkatkan ketepatan analisis cecair dan kawalan pH dengan pandu gelombang teras cecair. 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 ketepatan analisis cecair dan kawalan pH menggunakan pandu gelombang teras cecair.Beralih kepada sains. meter. 68, 2167–2171 (1997).
Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ & Hansell, DA Penentuan kolorimetrik berterusan bagi surih ammonium dalam air laut dengan sel kapilari pandu gelombang cecair laluan panjang. Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ & Hansell, DA Penentuan kolorimetrik berterusan bagi surih ammonium dalam air laut dengan sel kapilari pandu gelombang cecair laluan panjang.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ dan Hansel, DA Penentuan kolorimetrik berterusan bagi jumlah surih ammonium dalam air laut menggunakan sel kapilari dengan pandu gelombang cecair. 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 kolorimetrik berterusan bagi jumlah surih ammonium dalam air laut menggunakan kapilari pandu gelombang cecair jarak jauh.Kimia pada bulan Mac. 96, 73–85 (2005).
Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS Ulasan tentang aplikasi terkini sel kapilari pandu gelombang cecair dalam teknik analisis berasaskan aliran untuk meningkatkan kepekaan kaedah pengesanan spektroskopi. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS Ulasan tentang aplikasi terkini sel kapilari pandu gelombang cecair dalam teknik analisis berasaskan aliran untuk meningkatkan kepekaan kaedah pengesanan spektroskopi.Pascoa, RNMJ, Toth, IV dan Rangel, AOSS Satu ulasan tentang aplikasi terkini sel kapilari pandu gelombang cecair dalam teknik analisis aliran untuk meningkatkan kepekaan kaedah pengesanan spektroskopi. 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，以提高光谱的数。 Páscoa, rnmj, tóth, IV & rangel, aoss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 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 Satu ulasan tentang aplikasi terkini sel kapilari pandu gelombang cecair dalam kaedah analisis berasaskan aliran untuk meningkatkan kepekaan kaedah pengesanan spektroskopi.dubur. Akta Chim. 739, 1-13 (2012).
Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Penyiasatan ketebalan filem Ag, AgI dalam kapilari untuk pandu gelombang berongga. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Penyiasatan ketebalan filem Ag, AgI dalam kapilari untuk pandu gelombang berongga.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. dan Shen J. Penyiasatan ketebalan filem Ag, AgI dalam kapilari 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. Kajian tentang ketebalan filem nipis Ag dan AgI dalam saluran udara.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. dan Shen J. Penyiasatan ketebalan filem nipis Ag, AgI dalam kapilari pandu gelombang berongga.Fizik inframerah. teknologi 42, 501–508 (2001).
Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Penentuan kepekatan nanomolar fosfat dalam perairan semula jadi menggunakan suntikan aliran dengan sel kapilari pandu gelombang cecair sepanjang laluan panjang dan pengesanan spektrofotometri keadaan pepejal. Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Penentuan kepekatan nanomolar fosfat dalam perairan semula jadi menggunakan suntikan aliran dengan sel kapilari pandu gelombang cecair sepanjang laluan panjang dan pengesanan spektrofotometri keadaan pepejal.Gimbert, LJ, Haygarth, PM dan Worsfold, PJ Penentuan kepekatan fosfat nanomolar dalam perairan semula jadi menggunakan suntikan aliran dengan sel kapilari pandu gelombang cecair dan pengesanan spektrofotometri keadaan pepejal. Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ使用流动注射和长光程液体波导毛细管和固态分光光度检测法测定天然水中纳摩尔浓度的磷酸盐。 Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Penentuan kepekatan fosfat dalam air semula jadi menggunakan picagari cecair dan tiub kapilari pandu gelombang cecair jarak jauh.Gimbert, LJ, Haygarth, PM dan Worsfold, PJ Penentuan fosfat nanomolar dalam air semula jadi menggunakan aliran suntikan dan pandu gelombang kapilari dengan laluan optik panjang dan pengesanan spektrofotometri keadaan pepejal.Taranta 71, 1624–1628 (2007).
Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Lineariti dan panjang laluan optik berkesan sel kapilari pandu gelombang cecair. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Lineariti dan panjang laluan optik berkesan sel kapilari pandu gelombang cecair.Belz M., Dress P., Suhitsky A. dan Liu S. Lineariti dan panjang laluan optik berkesan dalam pandu gelombang cecair dalam sel kapilari. 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. Kelinearan dan panjang berkesan air cecair.Belz M., Dress P., Suhitsky A. dan Liu S. Panjang laluan optik linear dan berkesan dalam gelombang cecair sel kapilari.SPIE 3856, 271–281 (1999).
Dallas, T. & Dasgupta, PK Cahaya di hujung terowong: aplikasi analitikal terkini bagi pandu gelombang teras cecair. Dallas, T. & Dasgupta, PK Cahaya di hujung terowong: aplikasi analitikal terkini bagi pandu gelombang teras cecair.Dallas, T. dan Dasgupta, PK Cahaya di hujung terowong: aplikasi analitikal terkini bagi pandu gelombang teras cecair. Dallas, T. & Dasgupta, PK Light di hujung terowong：液芯波导的最新分析应用。 Dallas, T. & Dasgupta, PK Light di hujung terowong：液芯波导的最新分析应用。Dallas, T. dan Dasgupta, PK Cahaya di hujung terowong: aplikasi analitikal terkini bagi pandu gelombang teras cecair.TrAC, analisis trend. Bahan kimia. 23, 385–392 (2004).
Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID Sel pengesanan fotometrik pantulan dalaman penuh yang serba boleh untuk analisis aliran. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID Sel pengesanan fotometrik pantulan dalaman penuh yang serba boleh untuk analisis aliran.Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR dan McKelvey, ID Sel pantulan dalaman 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 fotometrik Universal TIR untuk analisis aliran.Taranta 79, 830–835 (2009).
Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID Sel aliran fotometrik berbilang pantulan untuk kegunaan dalam analisis suntikan aliran perairan muara. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID Sel aliran fotometrik berbilang pantulan untuk kegunaan dalam analisis suntikan aliran perairan muara.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ dan McKelvey, ID Sel aliran fotometrik berbilang pantulan untuk digunakan dalam analisis aliran perairan muara. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID 多反射光度流动池，用于河口水域的流动注入分析。 Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ dan McKelvey, ID Sel aliran fotometrik berbilang pantulan untuk analisis suntikan aliran di perairan muara.dubur Chim. Acta 499, 81-89 (2003).
Pan, J.-Z., Yao, B. & Fang, Q. Fotometer genggam berdasarkan pengesanan penyerapan pandu gelombang teras cecair untuk sampel skala nanoliter. Pan, J.-Z., Yao, B. & Fang, Q. Fotometer genggam berdasarkan pengesanan penyerapan pandu gelombang teras cecair untuk sampel skala nanoliter.Pan, J.-Z., Yao, B. dan Fang, K. Fotometer genggam berdasarkan pengesanan penyerapan panjang gelombang teras cecair 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 pengesanan penyerapan dalam gelombang teras cecair.Bahan Kimia dubur. 82, 3394–3398 (2010).
Zhang, J.-Z. Tingkatkan kepekaan analisis aliran suntikan dengan menggunakan sel aliran kapilari dengan laluan optik yang panjang untuk pengesanan spektrofotometri. anus. sains. 22, 57–60 (2006).
D'Sa, EJ & Steward, RG Aplikasi pandu gelombang kapilari cecair dalam spektroskopi penyerapan (Balas kepada komen oleh Byrne dan Kaltenbacher). D'Sa, EJ & Steward, RG Aplikasi pandu gelombang kapilari cecair dalam spektroskopi penyerapan (Balas kepada komen oleh Byrne dan Kaltenbacher).D'Sa, EJ dan Steward, RG Aplikasi pandu gelombang kapilari cecair dalam spektroskopi penyerapan (Balas kepada komen oleh 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 Penggunaan cecair 毛绿波波对在spektrum penyerapan（回复Byrne和Kaltenbacher的评论）.D'Sa, EJ dan Steward, RG Pandu gelombang kapilari cecair untuk spektroskopi penyerapan (sebagai tindak balas kepada komen oleh Byrne dan Kaltenbacher).limonol. Ahli oseanografi. 46, 742–745 (2001).
Khijwania, SK & Gupta, BD Sensor penyerapan medan evanescent gentian optik: Kesan parameter gentian dan geometri prob. Khijwania, SK & Gupta, BD Sensor penyerapan medan evanescent gentian optik: Kesan parameter gentian dan geometri prob.Hijvania, SK dan Gupta, BD Sensor Penyerapan Medan Evanescent Gentian Optik: Pengaruh Parameter Gentian dan Geometri Prob. Khijwania, SK & Gupta, BD 光纤倏逝场吸收传感器：光纤参数和探头几何形状的影响。 Khijwania, SK & Gupta, BDHijvania, SK dan Gupta, BD Sensor gentian optik penyerapan medan evanescent: pengaruh parameter gentian dan geometri prob.Optik dan Elektronik Kuantum 31, 625–636 (1999).
Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Output sudut bagi sensor Raman pandu gelombang berongga, berlapis logam. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Output sudut bagi sensor Raman pandu gelombang berongga, berlapis logam.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. dan Woodruff, SD Output 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 Output sudut bagi sensor Raman dengan pandu gelombang logam kosong.permohonan untuk memilih 51, 2023-2025 (2012).
Harrington, JA Gambaran keseluruhan pandu gelombang berongga untuk penghantaran IR. integrasi gentian. untuk dipilih. 19, 211–227 (2000).