Bedankt voor uw bezoek aan Nature.com. De browserversie die u gebruikt, biedt beperkte CSS-ondersteuning. Voor de beste ervaring raden we u aan een bijgewerkte browser te gebruiken (of de compatibiliteitsmodus in Internet Explorer uit te schakelen). Om de ondersteuning te kunnen blijven garanderen, zullen we de site in de tussentijd zonder stijlen en JavaScript weergeven.
Sporenanalyse van vloeistofmonsters kent een breed scala aan toepassingen in de life sciences en milieumonitoring. In dit werk hebben we een compacte en goedkope fotometer ontwikkeld op basis van metalen golfgeleidercapillairen (MCC's) voor ultragevoelige absorptiebepaling. De optische weglengte kan aanzienlijk worden vergroot, en zelfs veel langer zijn dan de fysieke lengte van de MWC, omdat licht dat door de geribbelde, gladde metalen zijwanden wordt verstrooid, ongeacht de invalshoek binnen de capillair kan worden gehouden. Concentraties van slechts 5,12 nM kunnen worden bereikt met gangbare chromogene reagentia dankzij nieuwe niet-lineaire optische versterking en snelle monsterwisseling en glucosedetectie.
Fotometrie wordt veel gebruikt voor sporenanalyse van vloeistofmonsters vanwege de overvloed aan beschikbare chromogene reagentia en halfgeleider-opto-elektronische apparaten1,2,3,4,5. Vergeleken met traditionele cuvetgebaseerde absorptiebepaling reflecteren capillairen van vloeistofgolfgeleiders (LWC) (TIR) ​​door het licht van de probe in de capillair te houden1,2,3,4,5. Zonder verdere verbetering is het optische pad echter slechts ongeveer gelijk aan de fysieke lengte van LWC3,6 en zal een verlenging van de LWC-lengte tot meer dan 1,0 m leiden tot sterke lichtverzwakking en een hoog risico op bellen, enz.3,7. Met betrekking tot de voorgestelde multireflectiecel voor optische padverbeteringen wordt de detectielimiet slechts met een factor 2,5-8,9 verbeterd.
Er zijn momenteel twee hoofdtypen LWC: Teflon AF-capillairen (met een brekingsindex van slechts ~1,3, wat lager is dan die van water) en silicacapillairen gecoat met Teflon AF of metaalfilms1,3,4. Om TIR te bereiken op het grensvlak tussen diëlektrische materialen, zijn materialen met een lage brekingsindex en hoge lichtinvalshoeken vereist3,6,10. Teflon AF-capillairen zijn ademend dankzij hun poreuze structuur3,11 en kunnen kleine hoeveelheden stoffen in watermonsters absorberen. Voor kwartscapillairen die aan de buitenkant gecoat zijn met Teflon AF of metaal, is de brekingsindex van kwarts (1,45) hoger dan die van de meeste vloeistofmonsters (bijv. 1,33 voor water)3,6,12,13. Voor capillairen die aan de binnenkant bekleed zijn met een metaalfilm, zijn de transporteigenschappen bestudeerd14,15,16,17,18, maar het coatingproces is ingewikkeld: het oppervlak van de metaalfilm heeft een ruwe en poreuze structuur4,19.
Daarnaast hebben commerciële LWC's (AF Teflon Coated Capillaries en AF Teflon Coated Silica Capillaries, World Precision Instruments, Inc.) enkele andere nadelen, zoals: fouten. Het grote dode volume van de TIR3,10, (2) T-connector (om capillairen, vezels en inlaat-/uitlaatbuizen te verbinden) kan luchtbellen vasthouden10.
Tegelijkertijd is de bepaling van glucosespiegels van groot belang voor de diagnose van diabetes, levercirrose en psychische aandoeningen20. en veel detectiemethoden zoals fotometrie (inclusief spectrofotometrie 21, 22, 23, 24, 25 en colorimetrie op papier 26, 27, 28), galvanometrie 29, 30, 31, fluorometrie 32, 33, 34, 35, optische polarimetrie 36 , oppervlakte-plasmonresonantie. 37, Fabry-Perot-holte 38, elektrochemie 39 en capillaire elektroforese 40,41 enzovoort. De meeste van deze methoden vereisen echter dure apparatuur en de detectie van glucose bij verschillende nanomolaire concentraties blijft een uitdaging (bijvoorbeeld voor fotometrische metingen21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, de laagste glucoseconcentratie). de beperking bedroeg slechts 30 nM wanneer Pruisisch blauwe nanodeeltjes werden gebruikt als peroxidase-imitators). Nanomolaire glucoseanalyses zijn vaak vereist voor cellulaire studies op moleculair niveau, zoals de remming van de groei van prostaatkanker bij de mens42 en het CO2-bindingsgedrag van Prochlorococcus in de oceaan.
In dit artikel is een compacte, goedkope fotometer ontwikkeld op basis van een metalen golfgeleidercapillair (MWC), een SUS316L roestvrijstalen capillair met een elektrolytisch gepolijst binnenoppervlak, voor ultragevoelige absorptiebepaling. Omdat licht, ongeacht de invalshoek, in metalen capillairen kan worden gevangen, kan het optische pad aanzienlijk worden vergroot door lichtverstrooiing op gegolfde en gladde metalen oppervlakken, en is het pad veel langer dan de fysieke lengte van de MWC. Daarnaast is een eenvoudige T-connector ontworpen voor de optische aansluiting en vloeistofinlaat/-uitlaat om dood volume te minimaliseren en het insluiten van bellen te voorkomen. Voor de 7 cm MWC-fotometer is de detectielimiet met ongeveer 3000 keer verbeterd ten opzichte van de commerciële spectrofotometer met een 1 cm cuvet dankzij de nieuwe verbetering van het niet-lineaire optische pad en de snelle monsterwisseling, en kan ook een glucosedetectieconcentratie van slechts 5,12 nM worden bereikt met behulp van gangbare chromogene reagentia.
Zoals weergegeven in figuur 1, bestaat de MWC-gebaseerde fotometer uit een 7 cm lange MWC met een elektrolytisch gepolijst binnenoppervlak van EP-kwaliteit, een 505 nm led met lens, een fotodetector met instelbare versterking en twee voor optische koppeling en vloeistoftoevoer. Uitgang. Een driewegklep, aangesloten op de Pike-inlaatbuis, wordt gebruikt om het binnenkomende monster te schakelen. De Peek-buis sluit nauw aan op de kwartsplaat en de MWC, waardoor het dode volume in de T-connector tot een minimum wordt beperkt en luchtbellen effectief worden voorkomen. Bovendien kan de gecollimeerde bundel eenvoudig en efficiënt via de T-stuk kwartsplaat in de MWC worden ingebracht.
De straal en het vloeibare monster worden via een T-stuk in de MCC gebracht, en de straal die door de MCC gaat, wordt opgevangen door een fotodetector. Binnenkomende oplossingen van gekleurde of blanco monsters werden afwisselend via een driewegklep in de ICC gebracht. Volgens de wet van Beer kan de optische dichtheid van een gekleurd monster worden berekend met de vergelijking: 1.10
waarbij Vcolor en Vblank de uitgangssignalen van de fotodetector zijn wanneer respectievelijk kleur- en blanco samples in de MCC worden geïntroduceerd, en Vdark het achtergrondsignaal van de fotodetector is wanneer de led uit is. De verandering in het uitgangssignaal ΔV = Vcolor–Vblank kan worden gemeten door samples te wisselen. Volgens de vergelijking. Zoals weergegeven in figuur 1, kunnen kleine veranderingen in Vblank (bijv. drift) bij gebruik van een sampling switching-schema, als ΔV veel kleiner is dan Vblank–Vdark, weinig effect hebben op de AMWC-waarde.
Om de prestaties van de MWC-gebaseerde fotometer te vergelijken met de cuvetgebaseerde spectrofotometer, werd een rode inktoplossing gebruikt als kleurmonster vanwege de uitstekende kleurstabiliteit en goede concentratie-absorptielineariteit, met DI H₂O als blanco monster. Zoals weergegeven in Tabel 1, werd een reeks rode inktoplossingen bereid met behulp van de seriële verdunningsmethode met DI H₂O als oplosmiddel. De relatieve concentratie van monster 1 (S1), onverdunde originele rode verf, werd bepaald op 1,0. In figuur 2 zijn optische foto's te zien van 11 rode inktmonsters (S4 tot en met S14) met relatieve concentraties (vermeld in Tabel 1) variërend van 8,0 × 10–3 (links) tot 8,2 × 10–10 (rechts).
De meetresultaten voor monster 6 worden weergegeven in figuur 3(a). De schakelpunten tussen gekleurde en blanco monsters zijn in de afbeelding gemarkeerd met dubbele pijlen “↔”. Te zien is dat de uitgangsspanning snel toeneemt bij het overschakelen van gekleurde monsters naar blanco monsters en vice versa. Vcolor, Vblank en de bijbehorende ΔV kunnen worden verkregen zoals weergegeven in de afbeelding.
(a) Meetresultaten voor monster 6, (b) monster 9, (c) monster 13 en (d) monster 14 met behulp van een MWC-gebaseerde fotometer.
De meetresultaten voor de monsters 9, 13 en 14 worden respectievelijk weergegeven in figuur 3(b)-(d). Zoals weergegeven in figuur 3(d), is de gemeten ΔV slechts 5 nV, wat bijna 3 keer de ruiswaarde is (2 nV). Een kleine ΔV is moeilijk te onderscheiden van ruis. De detectielimiet bereikte dus een relatieve concentratie van 8,2×10-10 (monster 14). Met behulp van vergelijkingen. 1. De AMWC-absorptie kan worden berekend uit de gemeten waarden Vcolor, Vblank en Vdark. Voor een fotodetector met een versterking van 104 is Vdark -0,68 μV. De meetresultaten voor alle monsters worden samengevat in tabel 1 en zijn te vinden in het aanvullende materiaal. Zoals weergegeven in tabel 1, wordt de absorptie gevonden bij hoge concentraties verzadigde vetzuren, dus absorptie boven 3,7 kan niet worden gemeten met MWC-gebaseerde spectrometers.
Ter vergelijking werd ook een monster rode inkt gemeten met een spectrofotometer en de gemeten Acuvette-absorptie is weergegeven in Figuur 4. De Acuvette-waarden bij 505 nm (zoals weergegeven in Tabel 1) werden verkregen door de curven van monsters 10, 11 of 12 (zoals weergegeven in de inzet) als basislijn te gebruiken (zie Figuur 4). Zoals weergegeven, bereikte de detectielimiet een relatieve concentratie van 2,56 x 10-6 (monster 9), omdat de absorptiecurven van monsters 10, 11 en 12 niet van elkaar te onderscheiden waren. Bij gebruik van de MWC-gebaseerde fotometer werd de detectielimiet dus met een factor 3125 verbeterd ten opzichte van de cuvette-gebaseerde spectrofotometer.
De afhankelijkheid van absorptie en concentratie wordt weergegeven in figuur 5. Voor cuvetmetingen is de absorptie evenredig met de inktconcentratie bij een padlengte van 1 cm. Bij MWC-gebaseerde metingen werd echter een niet-lineaire toename van de absorptie waargenomen bij lage concentraties. Volgens de wet van Beer is de absorptie evenredig met de optische padlengte, dus de absorptiewinst AEF (gedefinieerd als AEF = AMWC/Acuvette bij dezelfde inktconcentratie) is de verhouding van MWC tot de optische padlengte van de cuvet. Zoals weergegeven in figuur 5, ligt de constante AEF bij hoge concentraties rond de 7,0, wat redelijk is aangezien de lengte van de MWC precies 7 keer de lengte van een cuvet van 1 cm is. Bij lage concentraties (gerelateerde concentratie <1,28 × 10-5) neemt de AEF echter toe bij afnemende concentratie en zou bij een gerelateerde concentratie van 8,2 × 10-10 een waarde van 803 bereiken door extrapolatie van de curve van de op cuvetten gebaseerde meting. Bij lage concentraties (gerelateerde concentratie <1,28 × 10-5) neemt de AEF echter toe bij afnemende concentratie en zou bij een gerelateerde concentratie van 8,2 × 10-10 een waarde van 803 bereiken door extrapolatie van de curve van de op cuvetten gebaseerde meting. Однако при низких концентрациях (относительная концентрация <1,28 × 10–5) AEF-weergave с меньшением концентрациии может достигать значения 803 при относительной концентрацииииииииии 8,2 × 10–10 при экстраполяции кривой измерения на основе кюветы. Bij lage concentraties (relatieve concentratie <1,28 × 10–5) neemt de AEF echter toe bij afnemende concentratie en kan bij een relatieve concentratie van 8,2 × 10–10 een waarde van 803 bereiken bij extrapolatie uit een op een cuvet gebaseerde meetcurve.然而，在低浓度（相关浓度<1,28 × 10-5 ）下，AEF随着浓度的降低而增加,并且通过外推基于比色皿的测量曲线,在相关浓度为8,2 × 10-10时将达到803 的值。然而 ， 在 低 浓度 （相关 浓度 <1,28 × 10-5） ， ， AEF 随着 的 降低 而 ， 并且 通过 外推基于 比色皿 测量 曲线, 在 浓度 为 8,2 × 10-10 时 达到 达到 达到 达到803 值。 Однако при низких концентрациях (АЭП увеличивается с уменьшением концентрациииии, en при Het gebruik van kredietproducten op het gebied van de kredietverlening концентрации 8,2 × 10–10 803 . Bij lage concentraties (relevante concentraties < 1,28 × 10-5) neemt de AED echter toe bij afnemende concentratie en bij extrapolatie uit een op cuvetten gebaseerde meetcurve bereikt deze een relatieve concentratiewaarde van 8,2 × 10–10 803 .Dit resulteert in een corresponderend optisch pad van 803 cm (AEF × 1 cm), wat veel langer is dan de fysieke lengte van de MWC, en zelfs langer dan de langste commercieel verkrijgbare LWC (500 cm van World Precision Instruments, Inc.). Doko Engineering LLC heeft een lengte van 200 cm. Deze niet-lineaire toename van de absorptie in de LWC is nog niet eerder gerapporteerd.
Figuur 6(a)-(c) tonen respectievelijk een optische afbeelding, een microscoopopname en een optische profilerafbeelding van het binnenoppervlak van de MWC-sectie. Zoals te zien is in figuur 6(a), is het binnenoppervlak glad en glanzend, kan het zichtbaar licht reflecteren en is het zeer reflecterend. Zoals te zien is in figuur 6(b), verschijnen er door de vervormbaarheid en kristallijne aard van het metaal kleine mesa's en onregelmatigheden op het gladde oppervlak. Gezien het kleine oppervlak (<5 μm×5 μm) is de ruwheid van de meeste oppervlakken minder dan 1,2 nm (Fig. 6(c)). Gezien een klein oppervlak (<5 μm×5 μm) is de ruwheid van de meeste oppervlakken minder dan 1,2 nm (Fig. 6(c)). Ввиду малой площади (<5 мкм×5 мкм) менее 1,2 нм (рис. 6(в)). Vanwege het kleine oppervlak (<5 µm×5 µm) is de ruwheid van het grootste deel van het oppervlak minder dan 1,2 nm (Fig. 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 (рис. 6(в)). Gezien het kleine oppervlak (<5 µm × 5 µm) is de ruwheid van de meeste oppervlakken minder dan 1,2 nm (Fig. 6(c)).
(a) Optisch beeld, (b) microscoopbeeld, en (c) optisch beeld van het binnenoppervlak van de MWC-snede.
Zoals weergegeven in figuur 7(a), wordt de optische padlengte (LOP) in de capillair bepaald door de invalshoek θ (LOP = LC/sinθ, waarbij LC de fysieke lengte van de capillair is). Voor Teflon AF-capillairen gevuld met DI H₂O moet de invalshoek groter zijn dan de kritische hoek van 77,8°, dus de LOP is kleiner dan 1,02 × LC zonder verdere verbetering3.6. Bij MWC is de opsluiting van licht binnen de capillair onafhankelijk van de brekingsindex of invalshoek, dus naarmate de invalshoek afneemt, kan de lichtweg veel langer zijn dan de lengte van de capillair (LOP » LC). Zoals weergegeven in figuur 7(b), kan het gegolfde metalen oppervlak lichtverstrooiing veroorzaken, wat de optische padlengte aanzienlijk kan vergroten.
Er zijn dus twee lichtpaden voor MWC: direct licht zonder reflectie (LOP = LC) en zaagtandlicht met meerdere reflecties tussen de zijwanden (LOP » LC). Volgens de wet van Beer kan de intensiteit van het doorgelaten directe en zigzaglicht worden uitgedrukt als respectievelijk PS×exp(-α×LC) en PZ×exp(-α×LOP), waarbij de constante α de absorptiecoëfficiënt is, die volledig afhangt van de inktconcentratie.
Bij inkt met een hoge concentratie (bijv. gerelateerde concentratie > 1,28 × 10-5) wordt het zigzaglicht sterk verzwakt en is de intensiteit ervan veel lager dan die van recht licht, vanwege de grote absorptiecoëfficiënt en het veel langere optische pad. Bij inkt met een hoge concentratie (bijv. gerelateerde concentratie > 1,28 × 10-5) wordt het zigzaglicht sterk verzwakt en is de intensiteit ervan veel lager dan die van recht licht, vanwege de grote absorptiecoëfficiënt en het veel langere optische pad. Для чернил с высокой концентрацией (например, относительная концентрация >1,28 × 10-5) het is een goed idee om dit te doen, en dat is het ook Als u dit wilt weten, kunt u het beste weten wat u nodig hebt en meer informatie intolerantie. Bij inkt met een hoge concentratie (d.w.z. relatieve concentratie >1,28×10-5) wordt het zigzaglicht sterk verzwakt en is de intensiteit ervan veel lager dan die van direct licht, vanwege de grote absorptiecoëfficiënt en de veel langere optische emissie.spoor.对于高浓度墨水（例如，相关浓度>1.28×10-5），Z字形光衰减很大,其强度远低于直光,这是由于吸收系数大,光学时间更长。对于 高浓度 墨水 （例如 ， 浓度 浓度> 1,28 × 10-5） ， z 字形 衰减 很 大 ， 强度 远 低于直光, 这 是 吸收 系数 大 光学 时间 更。。。 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长Для чернил с высокой концентрацией (например, релевантные концентрации >1,28×10-5) зигзагообразный свет значительно ослабляется, en его Als u dit wilt weten, kunt u uw geld verdienen met uw geld en Zorg dat het apparaat goed werkt. Bij inkt met een hoge concentratie (bijv. relevante concentraties >1,28×10-5) wordt het zigzaglicht aanzienlijk verzwakt en is de intensiteit ervan veel lager dan die van direct licht, vanwege de grote absorptiecoëfficiënt en de langere optische tijd.klein weggetje.Daarom werd bij de bepaling van de absorptie voornamelijk gebruikgemaakt van direct licht (LOP=LC) en werd de AEF constant gehouden op ~7,0. Daarentegen geldt dat wanneer de absorptiecoëfficiënt afneemt bij een afnemende inktconcentratie (bijvoorbeeld een gerelateerde concentratie <1,28 × 10-5), de intensiteit van zigzaglicht sneller toeneemt dan die van recht licht. In dat geval gaat zigzaglicht een belangrijkere rol spelen. Daarentegen geldt dat wanneer de absorptiecoëfficiënt afneemt bij een afnemende inktconcentratie (bijvoorbeeld een gerelateerde concentratie <1,28 × 10-5), de intensiteit van zigzaglicht sneller toeneemt dan die van recht licht. In dat geval gaat zigzaglicht een belangrijkere rol spelen. Als u een kredietverzekering wilt afsluiten (например, относительная концентрация <1,28 × 10-5), u kunt het volgende doen: Het apparaat kan niet worden gebruikt. Daarentegen, wanneer de absorptiecoëfficiënt afneemt bij een afnemende inktconcentratie (bijvoorbeeld de relatieve concentratie <1,28×10-5), neemt de intensiteit van het zigzaglicht sneller toe dan die van het directe licht en begint het zigzaglicht te spelen.belangrijkere rol.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 )<1,28 × 10-5） ， 字形光 的 强度 比 增加 得 更 ， 然后 z 字形光 发挥 作用 一 个 重要 重要 重要更 更 更 更 更 更 更 更 HI的角色。 Als u een kredietaanvraag wilt indienen, kunt u dit doen met uw kredietaanvraag (например, соответствующая концентрация < 1,28×10-5), en meer informatie over het gebruik ervan, en meer зигзагообразный свет начинает играть более je bent een reus. Omgekeerd, wanneer de absorptiecoëfficiënt afneemt bij een afnemende inktconcentratie (bijvoorbeeld de overeenkomstige concentratie < 1,28×10-5), neemt de intensiteit van het zigzaglicht sneller toe dan het directe licht. In dat geval begint het zigzaglicht een belangrijkere rol te spelen.rol personage.Dankzij het zaagtandvormige optische pad (LOP » LC) kan de AEF dus aanzienlijk meer dan 7,0 worden verhoogd. De precieze lichttransmissie-eigenschappen van MWC kunnen worden verkregen met behulp van de golfgeleidermodustheorie.
Naast het verbeteren van het optische pad draagt ​​snelle monsterwisseling ook bij aan extreem lage detectielimieten. Door het kleine volume MCC (0,16 ml) kan de tijd die nodig is om oplossingen in MCC te wisselen minder dan 20 seconden bedragen. Zoals weergegeven in figuur 5, is de minimaal detecteerbare waarde van AMWC (2,5 × 10–4) 4 keer lager dan die van Acuvette (1,0 × 10–3). De snelle omschakeling van de stromende oplossing in de capillair vermindert het effect van systeemruis (bijv. drift) op de nauwkeurigheid van het absorptieverschil ten opzichte van de retentieoplossing in de cuvette. Zoals weergegeven in figuur 3(b)-(d), kan ΔV bijvoorbeeld gemakkelijk worden onderscheiden van een driftsignaal dankzij snelle monsterwisseling in de capillair met klein volume.
Zoals weergegeven in tabel 2, werd een reeks glucoseoplossingen met verschillende concentraties bereid met gedeïoniseerd water (DI H₂O) als oplosmiddel. Gekleurde of blanco monsters werden bereid door een glucoseoplossing of gedeïoniseerd water te mengen met chromogene oplossingen van glucoseoxidase (GOD) en peroxidase (POD) 37 in een vaste volumeverhouding van respectievelijk 3:1. Figuur 8 toont optische foto's van negen gekleurde monsters (S2-S10) met glucoseconcentraties variërend van 2,0 mM (links) tot 5,12 nM (rechts). De roodheid neemt af met afnemende glucoseconcentratie.
De resultaten van metingen van monsters 4, 9 en 10 met een MWC-gebaseerde fotometer worden respectievelijk weergegeven in figuur 9(a)-(c). Zoals weergegeven in figuur 9(c), wordt de gemeten ΔV minder stabiel en neemt deze langzaam toe tijdens de meting, aangezien de kleur van het GOD-POD-reagens zelf (zelfs zonder toevoeging van glucose) langzaam verandert in het licht. Daarom kunnen opeenvolgende ΔV-metingen niet worden herhaald voor monsters met een glucoseconcentratie van minder dan 5,12 nM (monster 10), omdat de instabiliteit van het GOD-POD-reagens niet langer kan worden verwaarloosd wanneer ΔV klein genoeg is. De detectielimiet voor glucose-oplossing is daarom 5,12 nM, hoewel de corresponderende ΔV-waarde (0,52 µV) veel groter is dan de ruiswaarde (0,03 µV), wat aangeeft dat een lage ΔV nog steeds kan worden gedetecteerd. Deze detectielimiet kan verder worden verbeterd door gebruik te maken van stabielere chromogene reagentia.
(a) Meetresultaten voor monster 4, (b) monster 9 en (c) monster 10 met behulp van een MWC-gebaseerde fotometer.
De AMWC-absorptie kan worden berekend met behulp van de gemeten waarden voor Vcolor, Vblank en Vdark. Voor een fotodetector met een versterking van 105 is Vdark -0,068 μV. Metingen voor alle monsters kunnen worden ingesteld in het aanvullende materiaal. Ter vergelijking werden glucosemonsters ook gemeten met een spectrofotometer en de gemeten absorptie van Acuvette bereikte een detectielimiet van 0,64 µM (monster 7), zoals weergegeven in Figuur 10.
De relatie tussen absorptie en concentratie wordt weergegeven in Figuur 11. Met de MWC-gebaseerde fotometer werd een 125-voudige verbetering van de detectielimiet bereikt ten opzichte van de cuvetgebaseerde spectrofotometer. Deze verbetering is lager dan bij de rode-inkttest vanwege de slechte stabiliteit van het GOD-POD-reagens. Er werd ook een niet-lineaire toename van de absorptie bij lage concentraties waargenomen.
De MWC-gebaseerde fotometer is ontwikkeld voor de ultragevoelige detectie van vloeistofmonsters. Het optische pad kan aanzienlijk worden vergroot en is veel langer dan de fysieke lengte van de MWC, omdat licht dat door de geribbelde, gladde metalen zijwanden wordt verstrooid, ongeacht de invalshoek in het capillair kan worden gehouden. Concentraties van slechts 5,12 nM kunnen worden bereikt met conventionele GOD-POD-reagentia dankzij nieuwe niet-lineaire optische versterking en snelle monsterwisseling en glucosedetectie. Deze compacte en voordelige fotometer zal op grote schaal worden gebruikt in de life sciences en milieumonitoring voor sporenanalyse.
Zoals weergegeven in figuur 1, bestaat de MWC-gebaseerde fotometer uit een 7 cm lange MWC (binnendiameter 1,7 mm, buitendiameter 3,18 mm, EP-gepolijst binnenoppervlak, SUS316L roestvrijstalen capillair), een LED met een golflengte van 505 nm (Thorlabs M505F1) en lenzen (bundelspreiding ongeveer 6,6 graden), een fotodetector met variabele versterking (Thorlabs PDB450C) en twee T-connectoren voor optische communicatie en vloeistofin-/uitvoer. De T-connector wordt gemaakt door een transparante kwartsplaat te lijmen op een PMMA-buis waarin MWC- en Peek-buizen (0,72 mm binnendiameter, 1,6 mm buitendiameter, Vici Valco Corp.) stevig zijn geplaatst en gelijmd. Een driewegklep, aangesloten op de Pike-inlaatbuis, wordt gebruikt om het binnenkomende monster te schakelen. De fotodetector kan het ontvangen optische vermogen P omzetten in een versterkt spanningssignaal N×V (waarbij V/P = 1,0 V/W bij 1550 nm, kan de versterking N handmatig worden aangepast in het bereik van 103-107). Om het kort te houden, wordt V in plaats van N×V als uitgangssignaal gebruikt.
Ter vergelijking: een commerciële spectrofotometer (Agilent Technologies Cary 300-serie met R928 High Efficiency Photomultiplier) met een 1,0 cm cuvetcel werd ook gebruikt om de absorptie van vloeibare monsters te meten.
Het binnenoppervlak van de MWC-snede werd onderzocht met behulp van een optische oppervlakteprofiler (ZYGO New View 5022) met een verticale en laterale resolutie van respectievelijk 0,1 nm en 0,11 µm.
Alle chemicaliën (analytische kwaliteit, geen verdere zuivering) werden gekocht bij Sichuan Chuangke Biotechnology Co., Ltd. Glucose-testkits omvatten glucose-oxidase (GOD), peroxidase (POD), 4-aminoantipyrine en fenol, enz. De chromogene oplossing werd bereid volgens de gebruikelijke GOD-POD 37-methode.
Zoals weergegeven in tabel 2, werd een reeks glucoseoplossingen met verschillende concentraties bereid met DI H₂O als verdunningsmiddel, met behulp van een seriële verdunningsmethode (zie de aanvullende materialen voor meer informatie). Bereid gekleurde of blanco monsters door glucoseoplossing of gedeïoniseerd water te mengen met chromogene oplossing in een vaste volumeverhouding van respectievelijk 3:1. Alle monsters werden vóór de meting 10 minuten bewaard bij 37 °C, beschermd tegen licht. Bij de GOD-POD-methode kleuren gekleurde monsters rood met een absorptiemaximum bij 505 nm, en de absorptie is vrijwel evenredig met de glucoseconcentratie.
Zoals weergegeven in Tabel 1 werd een reeks rode inktoplossingen (Ostrich Ink Co., Ltd., Tianjin, China) bereid met behulp van de seriële verdunningsmethode met DI H2O als oplosmiddel.
Hoe dit artikel te citeren: Bai, M. et al. Compacte fotometer gebaseerd op metalen golfgeleidercapillairen: voor de bepaling van nanomolaire concentraties glucose. the science. 5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
Dress, P. & Franke, H. Verhoging van de nauwkeurigheid van vloeistofanalyse en pH-waarderegeling met behulp van een vloeistofkern-golfgeleider. Dress, P. & Franke, H. Verhoging van de nauwkeurigheid van vloeistofanalyse en pH-waarderegeling met behulp van een vloeistofkern-golfgeleider.Dress, P. en Franke, H. Verbetering van de nauwkeurigheid van vloeistofanalyse en pH-regeling met een vloeistofkern-golfgeleider. Dress, P. & Franke, H. Dress, P. & Franke, H. pHDress, P. en Franke, H. Verbetering van de nauwkeurigheid van vloeistofanalyse en pH-regeling met behulp van vloeistofkern-golfgeleiders.Schakel over naar wetenschap. meter. 68, 2167–2171 (1997).
Li, QP, Zhang, J. -Z., Millero, FJ & Hansell, DA Continue colorimetrische bepaling van sporen ammonium in zeewater met een vloeistofgolfgeleidercapillaire cel met lange weg. Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ & Hansell, DA Continue colorimetrische bepaling van sporen ammonium in zeewater met een vloeistofgolfgeleidercapillaire cel met lange weg.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ en Hansel, DA Continue colorimetrische bepaling van sporenhoeveelheden ammonium in zeewater met behulp van een capillaire cel met een vloeibare golfgeleider. Li, QP, Zhang, J. -Z., Millero, FJ & Hansell, DA Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ & Hansell, DA.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ en Hansel, DA Continue colorimetrische bepaling van sporenhoeveelheden ammonium in zeewater met behulp van vloeistofgolfgeleidercapillairen met een groot bereik.Scheikunde in maart. 96, 73–85 (2005).
Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS Overzicht van recente toepassingen van de capillaire cel voor vloeibare golfgeleiders in op stroming gebaseerde analysetechnieken om de gevoeligheid van spectroscopische detectiemethoden te verbeteren. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS Overzicht van recente toepassingen van de capillaire cel voor vloeibare golfgeleiders in op stroming gebaseerde analysetechnieken om de gevoeligheid van spectroscopische detectiemethoden te verbeteren.Pascoa, RNMJ, Toth, IV en Rangel, AOSS Een overzicht van recente toepassingen van de capillaire cel van een vloeibare golfgeleider in stromingsanalysetechnieken om de gevoeligheid van spectroscopische detectiemethoden te verbeteren. 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 灵敏度 灵敏度灵敏度 Foto's Foto'sPascoa, RNMJ, Toth, IV en Rangel, AOSS Een overzicht van recente toepassingen van capillaire cellen in vloeibare golfgeleiders in op stroming gebaseerde analytische methoden om de gevoeligheid van spectroscopische detectiemethoden te verbeteren.anus. Chim. Act 739, 1-13 (2012).
Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Onderzoek naar de dikte van Ag-, AgI-films in de capillair voor holle golfgeleiders. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Onderzoek naar de dikte van Ag-, AgI-films in de capillair voor holle golfgeleiders.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. en Shen J. Onderzoek naar de dikte van Ag- en AgI-films in capillair voor holle golfgeleiders. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Onderzoek naar de dikte van de dunne film van Ag en AgI in het luchtkanaal.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. en Shen J. Onderzoek naar dunne filmdikte Ag, AgI in holle golfgeleidercapillairen.Infraroodfysica. Technologie 42, 501–508 (2001).
Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Bepaling van nanomolaire concentraties van fosfaat in natuurlijk water met behulp van stromingsinjectie met een vloeistofgolfgeleidercapillaire cel met lange padlengte en vaste-toestand spectrofotometrische detectie. Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Bepaling van nanomolaire concentraties van fosfaat in natuurlijk water met behulp van stromingsinjectie met een vloeistofgolfgeleidercapillaire cel met lange padlengte en vaste-toestand spectrofotometrische detectie.Gimbert, LJ, Haygarth, PM en Worsfold, PJ Bepaling van nanomolaire fosfaatconcentraties in natuurlijk water met behulp van stromingsinjectie met een vloeibare golfgeleidercapillaire cel en vaste-toestand spectrofotometrische detectie. 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 Bepaling van de fosfaatconcentratie in natuurlijk water met behulp van een vloeistofspuit en een capillaire vloeistofgolfgeleider met groot bereik.Gimbert, LJ, Haygarth, PM en Worsfold, PJ Bepaling van nanomolair fosfaat in natuurlijk water met behulp van injectiestroom en capillaire golfgeleider met lang optisch pad en vaste-toestand spectrofotometrische detectie.Taranta 71, 1624-1628 (2007).
Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Lineariteit en effectieve optische padlengte van capillaire cellen in vloeibare golfgeleiders. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Lineariteit en effectieve optische padlengte van capillaire cellen in vloeibare golfgeleiders.Belz M., Dress P., Suhitsky A. en Liu S. Lineariteit en effectieve optische padlengte in vloeibare golfgeleiders in capillaire cellen. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. De lineariteit en effectieve lengte van vloeibaar water.Belz M., Dress P., Suhitsky A. en Liu S. Lineaire en effectieve optische padlengte in vloeistofgolf van capillaire cellen.SPIE 3856, 271–281 (1999).
Dallas, T. & Dasgupta, PK Licht aan het einde van de tunnel: recente analytische toepassingen van golfgeleiders met vloeibare kern. Dallas, T. & Dasgupta, PK Licht aan het einde van de tunnel: recente analytische toepassingen van golfgeleiders met vloeibare kern.Dallas, T. en Dasgupta, PK Licht aan het einde van de tunnel: recente analytische toepassingen van golfgeleiders met vloeibare kern. Dallas, T. & Dasgupta, PK Licht aan het einde van de tunnel: Dallas, T. & Dasgupta, PK Licht aan het einde van de tunnel:Dallas, T. en Dasgupta, PK Licht aan het einde van de tunnel: de nieuwste analytische toepassing van vloeibare-kern-golfgeleiders.TrAC, trendanalyse. Chemical. 23, 385–392 (2004).
Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID Een veelzijdige fotometrische detectiecel met totale interne reflectie voor stromingsanalyse. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID Een veelzijdige fotometrische detectiecel met totale interne reflectie voor stromingsanalyse.Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR en McKelvey, ID Universele fotometrische totale interne reflectiecel voor stromingsanalyse. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, IDEllis, PS, Gentle, BS, Grace, MR en McKelvey, ID Universele TIR-fotometrische cel voor stromingsanalyse.Taranta 79, 830–835 (2009).
Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID Multi-reflectie fotometrische stromingscel voor gebruik bij stromingsinjectieanalyse van estuariene wateren. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID Multi-reflectie fotometrische stromingscel voor gebruik bij stromingsinjectieanalyse van estuariene wateren.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ en McKelvey, ID Een fotometrische stromingscel met meerdere reflecties voor gebruik bij stromingsanalyse van estuariene wateren. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ en McKelvey, ID Een fotometrische stromingscel met meerdere reflecties voor stromingsinjectieanalyse in estuariene wateren.anus Chim. Akte 499, 81-89 (2003).
Pan, J. -Z., Yao, B. & Fang, Q. Draagbare fotometer gebaseerd op absorptiedetectie met behulp van vloeistofkern-golfgeleiders voor monsters op nanoliterschaal. Pan, J.-Z., Yao, B. & Fang, Q. Draagbare fotometer gebaseerd op absorptiedetectie met behulp van vloeistofkern-golfgeleiders voor monsters op nanoliterschaal.Pan, J.-Z., Yao, B. en Fang, K. Een draagbare fotometer gebaseerd op detectie van golflengte-absorptie door vloeistofkern voor monsters op nanoliterschaal. Pan, J. -Z., Yao, B. & Fang, Q. Pan, J.-Z., Yao, B. & Fang, Q. Gebaseerd op 液芯波波水水水油法的纳法手手持光度计。Pan, J.-Z., Yao, B. en Fang, K. Een draagbare fotometer met een nanoschaalmonster gebaseerd op de detectie van absorptie in een vloeibare kerngolf.anus Chemical. 82, 3394–3398 (2010).
Zhang, J.-Z. Verhoog de gevoeligheid van injectiestroomanalyse door gebruik te maken van een capillaire stroomcel met een lang optisch pad voor spectrofotometrische detectie. anus. the science. 22, 57–60 (2006).
D'Sa, EJ & Steward, RG Toepassing van vloeibare capillaire golfgeleiders in absorptiespectroscopie (reactie op de opmerking van Byrne en Kaltenbacher). D'Sa, EJ & Steward, RG Toepassing van vloeibare capillaire golfgeleiders in absorptiespectroscopie (reactie op de opmerking van Byrne en Kaltenbacher).D'Sa, EJ en Steward, RG Toepassingen van vloeibare capillaire golfgeleiders in absorptiespectroscopie (reactie op opmerkingen van Byrne en Kaltenbacher). D'Sa, EJ & Steward, RG (Byrne 和Kaltenbacher 的评论)。 D'Sa, EJ & Steward, RG Toepassing van vloeistof 毛绿波波对在absorptiespectrum (回复Byrne和Kaltenbacher的评论).D'Sa, EJ en Steward, RG Vloeibare capillaire golfgeleiders voor absorptiespectroscopie (in reactie op opmerkingen van Byrne en Kaltenbacher).limonol. Oceanograaf. 46, 742–745 (2001).
Khijwania, SK & Gupta, BD Glasvezel-absorptiesensor met evanescent veld: effect van vezelparameters en geometrie van de sonde. Khijwania, SK & Gupta, BD Glasvezel-absorptiesensor met evanescent veld: effect van vezelparameters en geometrie van de sonde.Hijvania, SK en Gupta, BD Glasvezel-evanescente veldabsorptiesensor: invloed van vezelparameters en sondegeometrie. Khijwania, SK & Gupta, BD Khijwania, SK & Gupta, BDHijvania, SK en Gupta, BD Evanescente veldabsorptievezelsensoren: invloed van vezelparameters en sondegeometrie.Optica en kwantumelektronica 31, 625–636 (1999).
Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Hoekige uitvoer van holle, met metaal beklede, golfgeleider-Raman-sensoren. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Hoekige uitvoer van holle, met metaal beklede, golfgeleider-Raman-sensoren.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. en Woodruff, SD Hoekige uitgang van holle golfgeleider-Raman-sensoren met metalen bekleding. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. en Woodruff, SD Hoekige uitvoer van een Raman-sensor met een blote metalen golfgeleider.aanvraag om te kiezen 51, 2023-2025 (2012).
Harrington, JA Een overzicht van holle golfgeleiders voor IR-transmissie. Vezelintegratie. Te kiezen. 19, 211–227 (2000).