Takk for at du besøker Nature.com. Nettleserversjonen du bruker har begrenset CSS-støtte. For best mulig opplevelse anbefaler vi at du bruker en oppdatert nettleser (eller deaktiverer kompatibilitetsmodus i Internet Explorer). I mellomtiden, for å sikre fortsatt støtte, vil vi gjengi nettstedet uten stiler og JavaScript.
Sporanalyse av væskeprøver har et bredt spekter av bruksområder innen biovitenskap og miljøovervåking. I dette arbeidet har vi utviklet et kompakt og rimelig fotometer basert på metallbølgelederkapillærer (MCC-er) for ultrasensitiv bestemmelse av absorpsjon. Den optiske banen kan økes betraktelig, og er mye lengre enn den fysiske lengden til MWC-en, fordi lys spredt av de korrugerte glatte metallsideveggene kan holdes inne i kapillæren uavhengig av innfallsvinkel. Konsentrasjoner så lave som 5,12 nM kan oppnås ved bruk av vanlige kromogene reagenser på grunn av ny ikke-lineær optisk amplifisering og rask prøvebytte og glukosedeteksjon.
Fotometri er mye brukt for sporanalyse av væskeprøver på grunn av overfloden av tilgjengelige kromogene reagenser og halvlederoptoelektroniske enheter1,2,3,4,5. Sammenlignet med tradisjonell kyvettebasert absorbansbestemmelse, reflekterer væskebølgelederkapillærer (LWC) (TIR) ​​ved å holde probelyset inne i kapillæren1,2,3,4,5. Uten ytterligere forbedringer er imidlertid den optiske banen bare nær den fysiske lengden til LWC3,6, og økning av LWC-lengden utover 1,0 m vil lide av sterk lysdemping og høy risiko for bobler, etc.3, 7. Når det gjelder den foreslåtte multirefleksjonscellen for forbedringer av den optiske banen, forbedres deteksjonsgrensen bare med en faktor på 2,5–8,9.
Det finnes for tiden to hovedtyper av LWC, nemlig Teflon AF-kapillærer (som har en brytningsindeks på bare ~1,3, som er lavere enn vanns) og silikakapillærer belagt med Teflon AF eller metallfilmer1,3,4. For å oppnå TIR ved grenseflaten mellom dielektriske materialer kreves materialer med lav brytningsindeks og høye lysinnfallsvinkler3,6,10. Når det gjelder Teflon AF-kapillærer, er Teflon AF pustende på grunn av sin porøse struktur3,11 og kan absorbere små mengder stoffer i vannprøver. For kvartskapillærer belagt på utsiden med Teflon AF eller metall, er brytningsindeksen til kvarts (1,45) høyere enn de fleste flytende prøver (f.eks. 1,33 for vann)3,6,12,13. For kapillærer belagt med en metallfilm inni, har transportegenskaper blitt studert14,15,16,17,18, men beleggingsprosessen er komplisert, overflaten av metallfilmen har en ru og porøs struktur4,19.
I tillegg har kommersielle LWC-er (AF Teflon-belagte kapillærer og AF Teflon-belagte silikakapillærer, World Precision Instruments, Inc.) noen andre ulemper, for eksempel: for feil. Det store dødvolumet til TIR3,10, (2) T-kontakten (for å koble sammen kapillærer, fibre og innløps-/utløpsrør) kan fange luftbobler10.
Samtidig er bestemmelse av glukosenivåer av stor betydning for diagnostisering av diabetes, levercirrhose og psykiske lidelser20. og mange deteksjonsmetoder som fotometri (inkludert spektrofotometri21, 22, 23, 24, 25 og kolorimetri på papir26, 27, 28), galvanometri29, 30, 31, fluorometri32, 33, 34, 35, optisk polarimetri36, overflateplasmonresonans37, Fabry-Perot-hulrom38, elektrokjemi39 og kapillærelektroforese40,41 og så videre. Imidlertid krever de fleste av disse metodene dyrt utstyr, og deteksjon av glukose ved flere nanomolare konsentrasjoner er fortsatt en utfordring (for eksempel for fotometriske målinger21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, den laveste konsentrasjonen av glukose). Begrensningen var bare 30 nM da prøyssiske blå nanopartikler ble brukt som peroksidaseetterlignere). Nanomolare glukoseanalyser er ofte nødvendige for cellulære studier på molekylært nivå, som hemming av vekst av prostatakreft hos mennesker42 og CO2-fikseringsatferden til Prochlorococcus i havet.
I denne artikkelen ble et kompakt og rimelig fotometer basert på en metallbølgelederkapillær (MWC), en SUS316L rustfritt stålkapillær med en elektropolert indre overflate, utviklet for ultrasensitiv absorpsjonsbestemmelse. Siden lys kan fanges inne i metallkapillærer uavhengig av innfallsvinkel, kan den optiske banen økes betraktelig ved lysspredning på korrugerte og glatte metalloverflater, og er mye lengre enn den fysiske lengden på MWC. I tillegg ble en enkel T-kontakt designet for den optiske tilkoblingen og væskeinnløp/-utløp for å minimere dødvolum og unngå bobleinnfanging. For 7 cm MWC-fotometeret er deteksjonsgrensen forbedret med omtrent 3000 ganger sammenlignet med det kommersielle spektrofotometeret med 1 cm kyvette på grunn av den nye forbedringen av den ikke-lineære optiske banen og rask prøvebytte, og glukosedeteksjonskonsentrasjonen kan også oppnås på bare 5,12 nM ved bruk av vanlige kromogene reagenser.
Som vist i figur 1 består det MWC-baserte fotometeret av en 7 cm lang MWC med en elektropolert indre overflate av EP-kvalitet, en 505 nm LED med en linse, en fotodetektor med justerbar forsterkning og to for optisk kobling og væskeinntak. Utgang. En treveisventil koblet til Pike-innløpsrøret brukes til å koble den innkommende prøven. Peek-røret sitter tett inntil kvartsplaten og MWC, slik at dødvolumet i T-kontakten holdes på et minimum, noe som effektivt forhindrer at luftbobler blir fanget. I tillegg kan den kollimerte strålen enkelt og effektivt føres inn i MWC gjennom T-stykkets kvartsplate.
Strålen og den flytende prøven føres inn i MCC gjennom et T-stykke, og strålen som passerer gjennom MCC mottas av en fotodetektor. Innkommende løsninger av fargede eller blinde prøver ble vekselvis ført inn i ICC gjennom en treveisventil. I henhold til Beers lov kan den optiske tettheten til en farget prøve beregnes fra ligningen. 1.10
hvor Vcolor og Vblank er utgangssignalene fra fotodetektoren når henholdsvis farge- og blankprøver introduseres i MCC-en, og Vdark er bakgrunnssignalet fra fotodetektoren når LED-en er slått av. Endringen i utgangssignalet ΔV = Vcolor–Vblank kan måles ved å bytte prøver. I henhold til ligningen. Som vist i figur 1, hvis ΔV er mye mindre enn Vblank–Vdark, kan små endringer i Vblank (f.eks. drift) ha liten effekt på AMWC-verdien når man bruker et samplingsbytteskjema.
For å sammenligne ytelsen til det MWC-baserte fotometeret med det kyvettebaserte spektrofotometeret, ble en rød blekkløsning brukt som fargeprøve på grunn av dens utmerkede fargestabilitet og gode konsentrasjons-absorbanslinearitet, DI H2O som blindprøve. Som vist i tabell 1 ble en serie røde blekkløsninger fremstilt ved seriefortynningsmetoden med DI H2O som løsemiddel. Den relative konsentrasjonen av prøve 1 (S1), ufortynnet original rød maling, ble bestemt til 1,0. Figur 2 viser optiske fotografier av 11 røde blekkprøver (S4 til S14) med relative konsentrasjoner (listet i tabell 1) fra 8,0 × 10–3 (venstre) til 8,2 × 10–10 (høyre).
Måleresultatene for prøve 6 er vist i figur 3(a). Punktene for veksling mellom fargede og blanke prøver er markert i figuren med doble piler «↔». Det kan sees at utgangsspenningen øker raskt når man bytter fra fargeprøver til blanke prøver og omvendt. Vfarge, Vblank og tilsvarende ΔV kan oppnås som vist i figuren.
(a) Måleresultater for prøve 6, (b) prøve 9, (c) prøve 13 og (d) prøve 14 ved bruk av et MWC-basert fotometer.
Måleresultatene for prøvene 9, 13 og 14 er vist i henholdsvis figur 3(b)-(d). Som vist i figur 3(d) er den målte ΔV bare 5 nV, som er nesten 3 ganger støyverdien (2 nV). En liten ΔV er vanskelig å skille fra støy. Dermed nådde deteksjonsgrensen en relativ konsentrasjon på 8,2 × 10⁻⁶ (prøve 14). Ved hjelp av ligningene: 1. AMWC-absorbansen kan beregnes fra målte Vcolor-, Vblank- og Vdark-verdier. For en fotodetektor med en forsterkning på 10⁴ er Vdark -0,68 μV. Måleresultatene for alle prøvene er oppsummert i tabell 1 og kan finnes i tilleggsmaterialet. Som vist i tabell 1 er absorbansen funnet ved høye konsentrasjoner mettet, så absorbans over 3,7 kan ikke måles med MWC-baserte spektrometre.
Til sammenligning ble en rød blekkprøve også målt med et spektrofotometer, og den målte Acuvette-absorbansen er vist i figur 4. Acuvette-verdiene ved 505 nm (som vist i tabell 1) ble oppnådd ved å referere til kurvene for prøvene 10, 11 eller 12 (som vist i innsatsen (se figur 4) som en grunnlinje. Som vist nådde deteksjonsgrensen en relativ konsentrasjon på 2,56 x 10⁻⁶ (prøve 9) fordi absorpsjonskurvene for prøvene 10, 11 og 12 ikke kunne skilles fra hverandre. Ved bruk av det MWC-baserte fotometeret ble deteksjonsgrensen dermed forbedret med en faktor på 3125 sammenlignet med det kyvettebaserte spektrofotometeret.
Avhengigheten av absorpsjonskonsentrasjon er presentert i figur 5. For kyvettemålinger er absorbansen proporsjonal med blekkkonsentrasjonen ved en banelengde på 1 cm. Mens for MWC-baserte målinger ble det observert en ikke-lineær økning i absorbansen ved lave konsentrasjoner. I følge Beers lov er absorbansen proporsjonal med den optiske banelengden, så absorpsjonsforsterkningen AEF (definert som AEF = AMWC/Acuvette ved samme blekkkonsentrasjon) er forholdet mellom MWC og kyvettens optiske banelengde. Som vist i figur 5, er konstanten AEF rundt 7,0 ved høye konsentrasjoner, noe som er rimelig siden lengden på MWC er nøyaktig 7 ganger lengden på en 1 cm kyvette. Ved lave konsentrasjoner (relatert konsentrasjon <1,28 × 10⁻⁶) øker imidlertid AEF med synkende konsentrasjon, og vil nå en verdi på 803 ved en relatert konsentrasjon på 8,2 × 10⁻⁶ ved å ekstrapolere kurven for kyvettebasert måling. Ved lave konsentrasjoner (relatert konsentrasjon <1,28 × 10⁻⁶) øker imidlertid AEF med synkende konsentrasjon, og vil nå en verdi på 803 ved en relatert konsentrasjon på 8,2 × 10⁻⁶ ved å ekstrapolere kurven for kyvettebasert måling. Однако при низких концентрациях (относительная концентрация <1,28 × 10–5) AEF увеличивается с умениценик может достигать значения 803 при относительной концентрации 8,2 × 10–10 при экстраполяции крительной концентрации 8,2 × 10–10 for экстраполяции крительной концентрации Ved lave konsentrasjoner (relativ konsentrasjon <1,28 × 10–5) øker imidlertid AEF med synkende konsentrasjon, og kan nå en verdi på 803 ved en relativ konsentrasjon på 8,2 × 10–10 når den ekstrapoleres fra en kyvettebasert målekurve.然而，在低浓度（相关浓度<1,28 × 10-5 ）下，AEF随着浓度的降低而增加，并且通过外推基于比色皿的测量曲线，在相兦浌在相兦木相兦时将达到803 的值.然而 ， 在 低 浓度 （相关 浓度 <1,28 × 10-5） ， ， ， ， ， ， AEF 随着 的 降低 而 降低 而 , 并 并基于 比色皿 测量 曲线 ， 在 浓度 为 8,2 × 10-10 时 达到 达到 达到 达到 〾到。3 Однако при низких концентрациях (релевантные концентрации < 1,28 × 10-5) АЭП увеличивается, концентрации и при экстраполяции кривой измерения на основе кюветы она достигает значения относительной концентельной конценцентрации 8308–120 × 808,20. Ved lave konsentrasjoner (relevante konsentrasjoner < 1,28 × 10⁻⁶) øker imidlertid AED med synkende konsentrasjon, og når den ekstrapoleres fra en kyvettebasert målekurve, når den en relativ konsentrasjonsverdi på 8,2 × 10⁻⁶–10⁶803.Dette resulterer i en tilsvarende optisk bane på 803 cm (AEF × 1 cm), som er mye lengre enn den fysiske lengden til MWC, og enda lengre enn den lengste kommersielt tilgjengelige LWC (500 cm fra World Precision Instruments, Inc.). Doko Engineering LLC har en lengde på 200 cm. Denne ikke-lineære økningen i absorpsjon i LWC har ikke blitt rapportert tidligere.
Figur 6(a)-(c) viser henholdsvis et optisk bilde, et mikroskopbilde og et optisk profilbilde av den indre overflaten av MWC-seksjonen. Som vist i figur 6(a) er den indre overflaten glatt og skinnende, kan reflektere synlig lys og er svært reflekterende. Som vist i figur 6(b) oppstår det små mesaer og uregelmessigheter på den glatte overflaten på grunn av metallets deformerbarhet og krystallinske natur. Med tanke på det lille området (<5 μm × 5 μm) er ruheten på de fleste overflater mindre enn 1,2 nm (fig. 6(c)). Med tanke på et lite område (<5 μm × 5 μm) er ruheten på de fleste overflater mindre enn 1,2 nm (fig. 6(c)). Ввиду малой площади (<5 мкм×5 мкм) шероховатость большей части поверхности составляет менее 1,2 нм (ри)с.). På grunn av det lille arealet (<5 µm × 5 µm) er ruheten på mesteparten av overflaten mindre enn 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 м. (ритыватость большинства поверхностей составляет 1,2 mnd.(ритывая). Med tanke på det lille området (<5 µm × 5 µm), er ruheten på de fleste overflater mindre enn 1,2 nm (fig. 6(c)).
(a) Optisk bilde, (b) mikroskopbilde og (c) optisk bilde av den indre overflaten av MWC-snittet.
Som vist i figur 7(a), bestemmes den optiske banens LOP i kapillærrøret av innfallsvinkelen θ (LOP = LC/sinθ, hvor LC er den fysiske lengden på kapillærrøret). For Teflon AF-kapillærer fylt med DI H2O, må innfallsvinkelen være større enn den kritiske vinkelen på 77,8°, slik at LOP er mindre enn 1,02 × LC uten ytterligere forbedring3,6. Mens, med MWC, er inneslutningen av lys inne i kapillærrøret uavhengig av brytningsindeks eller innfallsvinkel, slik at når innfallsvinkelen avtar, kan lysbanen være mye lengre enn lengden på kapillærrøret (LOP » LC). Som vist i figur 7(b), kan den korrugerte metalloverflaten indusere lysspredning, noe som kan øke den optiske banen betraktelig.
Derfor finnes det to lysbaner for MWC: direkte lys uten refleksjon (LOP = LC) og sagtannlys med flere refleksjoner mellom sideveggene (LOP » LC). I henhold til Beers lov kan intensiteten til det transmitterte direkte og sikksakkformede lyset uttrykkes som henholdsvis PS×exp(-α×LC) og PZ×exp(-α×LOP), hvor konstanten α er absorpsjonskoeffisienten, som helt avhenger av blekkkonsentrasjonen.
For blekk med høy konsentrasjon (f.eks. relatert konsentrasjon >1,28 × 10⁻⁶) er sikksakklyset sterkt dempet, og intensiteten er mye lavere enn for rett lys, på grunn av den store absorpsjonskoeffisienten og den mye lengre optiske banen. For blekk med høy konsentrasjon (f.eks. relatert konsentrasjon >1,28 × 10⁻⁶) er sikksakklyset sterkt dempet, og intensiteten er mye lavere enn for rett lys, på grunn av den store absorpsjonskoeffisienten og den mye lengre optiske veien. Для чернил с высокой концентрацией (например, относительная концентрация >1,28 × 10-5) зигзагообразный загообразный а его интенсивность намного ниже, чем у прямого света, из-за большого коэффициента поглощениз и з-за большого коэффициента поглощенил и оглогон оптического излучения. For blekk med høy konsentrasjon (f.eks. relativ konsentrasjon >1,28 × 10⁻⁶) er sikksakklyset sterkt dempet, og intensiteten er mye lavere enn for direkte lys på grunn av den store absorpsjonskoeffisienten og mye lengre optisk emisjon.spor.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 徺 徺 夿 ）直光 ， 这 是 吸收 系数 大 光学 时间 更。。。 长 长 长 长 长 长 鿕 长 长 鿕 长Для чернил с высокой концентрацией (например, релевантные концентрации >1,28×10-5) зигзагообразтный сви ослабляется, и его интенсивность намного ниже, чем у прямого света из-за большого коэфициента поэфициента длительного оптического времени. For blekk med høy konsentrasjon (f.eks. relevante konsentrasjoner >1,28 × 10⁻⁶) er sikksakklyset betydelig dempet, og intensiteten er mye lavere enn for direkte lys på grunn av den store absorpsjonskoeffisienten og lengre optisk tid.liten vei.Dermed dominerte direkte lys absorbansbestemmelsen (LOP = LC), og AEF ble holdt konstant på ~7,0. Når absorpsjonskoeffisienten derimot reduseres med synkende blekkkonsentrasjon (f.eks. relatert konsentrasjon <1,28 × 10⁻⁶), øker intensiteten til sikksakklys raskere enn intensiteten til rett lys, og da begynner sikksakklys å spille en viktigere rolle. Når absorpsjonskoeffisienten derimot reduseres med synkende blekkkonsentrasjon (f.eks. relatert konsentrasjon <1,28 × 10⁻⁶), øker intensiteten til sikksakklys raskere enn intensiteten til rett lys, og da begynner sikksakklys å spille en viktigere rolle. Напротив, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чернил (напринамитель, отник <1,28 × 10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличивается быстрее, чем у прямого света, ина ичатем зигзагообразный свет. Når absorpsjonskoeffisienten derimot avtar med synkende blekkkonsentrasjon (for eksempel den relative konsentrasjonen <1,28 × 10⁻⁶), øker intensiteten til sikksakklyset raskere enn intensiteten til det direkte lyset, og da begynner sikksakklyset å virke.viktigere rolle.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<1,28×10-10 ），Z字形光的强度比直光增加得更快，然后Z字形光开始发比直光增加得更快，然后Z字形光开始发挥作用一个榉相反 ， 当 吸收 系数 随着 墨水 的 降低 而 降低 时 例如 例如 ， 相兺 浓兺 浓兺 浓兺 浓兺 浓兺 浓兦10-5） ， 字形光 的 强度 比 增加 得 更 ， 然后 z 字形光 发挥 作用 万 踦 荁更 更 更 更 更 更 更 更 HI的角色. И наоборот, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чернил (напримеююю, совется концентрация < 1,28×10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличивается быстрее, чем прямого, чем прямого, игогозого свет начинает играть более важную роль. Motsatt, når absorpsjonskoeffisienten avtar med avtagende blekkkonsentrasjon (for eksempel den tilsvarende konsentrasjonen < 1,28 × 10-5), øker intensiteten til sikksakklyset raskere enn det direkte lyset, og da begynner sikksakklyset å spille en viktigere rolle.rollekarakter.Derfor, på grunn av den sagtannede optiske banen (LOP » LC), kan AEF økes mye mer enn 7,0. Presis lystransmisjonsegenskaper for MWC kan oppnås ved hjelp av bølgeledermodusteori.
I tillegg til å forbedre den optiske banen, bidrar rask prøvebytte også til ultralave deteksjonsgrenser. På grunn av det lille volumet av MCC (0,16 ml) kan tiden som trengs for å bytte og endre løsninger i MCC være mindre enn 20 sekunder. Som vist i figur 5, er den minste detekterbare verdien for AMWC (2,5 × 10–4) 4 ganger lavere enn for Acuvette (1,0 × 10–3). Den raske byttingen av den strømmende løsningen i kapillærrøret reduserer effekten av systemstøy (f.eks. drift) på nøyaktigheten av absorbansforskjellen sammenlignet med retensjonsløsningen i kyvetten. For eksempel, som vist i figur 3(b)-(d), kan ΔV lett skilles fra et driftsignal på grunn av rask prøvebytte i kapillærrøret med lite volum.
Som vist i tabell 2 ble en rekke glukoseløsninger med forskjellige konsentrasjoner fremstilt ved bruk av DI H2O som løsemiddel. Fargede prøver eller blindprøver ble fremstilt ved å blande glukoseløsning eller avionisert vann med kromogene løsninger av glukoseoksidase (GOD) og peroksidase (POD) 37 i et fast volumforhold på henholdsvis 3:1. Fig. 8 viser optiske fotografier av ni fargede prøver (S2-S10) med glukosekonsentrasjoner fra 2,0 mM (venstre) til 5,12 nM (høyre). Rødheten avtar med synkende glukosekonsentrasjon.
Resultatene av målingene av prøvene 4, 9 og 10 med et MWC-basert fotometer er vist i henholdsvis figur 9(a)-(c). Som vist i figur 9(c), blir den målte ΔV mindre stabil og øker sakte under målingen ettersom fargen på selve GOD-POD-reagenset (selv uten tilsetning av glukose) sakte endres i lyset. Dermed kan ikke påfølgende ΔV-målinger gjentas for prøver med en glukosekonsentrasjon på mindre enn 5,12 nM (prøve 10), fordi når ΔV er liten nok, kan ikke ustabiliteten til GOD-POD-reagenset lenger neglisjeres. Derfor er deteksjonsgrensen for glukoseløsning 5,12 nM, selv om den tilsvarende ΔV-verdien (0,52 µV) er mye større enn støyverdien (0,03 µV), noe som indikerer at en liten ΔV fortsatt kan detekteres. Denne deteksjonsgrensen kan forbedres ytterligere ved å bruke mer stabile kromogene reagenser.
(a) Måleresultater for prøve 4, (b) prøve 9 og (c) prøve 10 ved bruk av et MWC-basert fotometer.
AMWC-absorbansen kan beregnes ved hjelp av de målte Vcolor-, Vblank- og Vdark-verdiene. For en fotodetektor med en forsterkning på 105 er Vdark -0,068 μV. Målinger for alle prøver kan angis i tilleggsmaterialet. Til sammenligning ble glukoseprøver også målt med et spektrofotometer, og den målte absorbansen til Acuvette nådde en deteksjonsgrense på 0,64 µM (prøve 7) som vist i figur 10.
Forholdet mellom absorbans og konsentrasjon er presentert i figur 11. Med det MWC-baserte fotometeret ble det oppnådd en 125-ganger forbedring i deteksjonsgrensen sammenlignet med det kyvettebaserte spektrofotometeret. Denne forbedringen er lavere enn for rødblekkanalysen på grunn av den dårlige stabiliteten til GOD-POD-reagenset. En ikke-lineær økning i absorbans ved lave konsentrasjoner ble også observert.
Det MWC-baserte fotometeret er utviklet for ultrasensitiv deteksjon av væskeprøver. Den optiske banen kan økes betraktelig, og er mye lengre enn den fysiske lengden på MWC, fordi lys spredt av de korrugerte, glatte metallsideveggene kan holdes inne i kapillærrøret uavhengig av innfallsvinkel. Konsentrasjoner så lave som 5,12 nM kan oppnås ved bruk av konvensjonelle GOD-POD-reagenser takket være ny ikke-lineær optisk forsterkning og rask prøvebytte og glukosedeteksjon. Dette kompakte og rimelige fotometeret vil bli mye brukt innen biovitenskap og miljøovervåking for sporanalyse.
Som vist i figur 1 består det MWC-baserte fotometeret av en 7 cm lang MWC (indre diameter 1,7 mm, ytre diameter 3,18 mm, elektropolert indre overflate av EP-klasse, kapillærrør i rustfritt stål av SUS316L), en LED med 505 nm bølgelengde (Thorlabs M505F1) og linser (strålespredning omtrent 6,6 grader), en fotodetektor med variabel forsterkning (Thorlabs PDB450C) og to T-kontakter for optisk kommunikasjon og væske inn/ut. T-kontakten er laget ved å feste en gjennomsiktig kvartsplate til et PMMA-rør, hvor MWC- og Peek-rør (0,72 mm ID, 1,6 mm YD, Vici Valco Corp.) er tett satt inn og limt. En treveisventil koblet til Pike-innløpsrøret brukes til å koble om den innkommende prøven. Fotodetektoren kan konvertere den mottatte optiske effekten P til et forsterket spenningssignal N×V (der V/P = 1,0 V/W ved 1550 nm, forsterkningen N kan justeres manuelt i området 103–107). For korthets skyld brukes V i stedet for N×V som utgangssignal.
Til sammenligning ble et kommersielt spektrofotometer (Agilent Technologies Cary 300-serien med R928 High Efficiency Photomultiplier) med en 1,0 cm kyvettecelle også brukt til å måle absorbansen til flytende prøver.
Den indre overflaten av MWC-snittet ble undersøkt ved hjelp av en optisk overflateprofiler (ZYGO New View 5022) med en vertikal og lateral oppløsning på henholdsvis 0,1 nm og 0,11 µm.
Alle kjemikalier (analytisk kvalitet, ingen ytterligere rensing) ble kjøpt fra Sichuan Chuangke Biotechnology Co., Ltd. Glukosetestsett inkluderer glukoseoksidase (GOD), peroksidase (POD), 4-aminoantipyrin og fenol, etc. Den kromogene løsningen ble fremstilt ved den vanlige GOD-POD 37-metoden.
Som vist i tabell 2 ble en rekke glukoseløsninger med forskjellige konsentrasjoner fremstilt ved bruk av DI H2O som fortynningsmiddel ved hjelp av en seriell fortynningsmetode (se tilleggsmateriell for detaljer). Fremstill fargede prøver eller blindprøver ved å blande glukoseløsning eller avionisert vann med kromogen løsning i et fast volumforhold på henholdsvis 3:1. Alle prøvene ble lagret ved 37 °C beskyttet mot lys i 10 minutter før måling. I GOD-POD-metoden blir fargede prøver røde med et absorpsjonsmaksimum ved 505 nm, og absorpsjonen er nesten proporsjonal med glukosekonsentrasjonen.
Som vist i tabell 1 ble en serie røde blekkløsninger (Ostrich Ink Co., Ltd., Tianjin, Kina) fremstilt ved seriefortynningsmetoden med DI H2O som løsemiddel.
Slik siterer du denne artikkelen: Bai, M. et al. Kompakt fotometer basert på metallbølgelederkapillærer: for bestemmelse av nanomolare konsentrasjoner av glukose. the science. 5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
Dress, P. & Franke, H. Økning av nøyaktigheten av væskeanalyse og pH-verdikontroll ved bruk av en væskekjernebølgeleder. Dress, P. & Franke, H. Økning av nøyaktigheten av væskeanalyse og pH-verdikontroll ved bruk av en væskekjernebølgeleder.Dress, P. og Franke, H. Forbedring av nøyaktigheten av væskeanalyse og pH-kontroll med en væskekjernebølgeleder. 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. og Franke, H. Forbedring av nøyaktigheten av væskeanalyse og pH-kontroll ved bruk av væskekjernebølgeledere.Bytt til vitenskap. meter. 68, 2167–2171 (1997).
Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ og Hansell, DA Kontinuerlig kolorimetrisk bestemmelse av spor av ammonium i sjøvann med en langveis flytende bølgelederkapillærcelle. Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ og Hansell, DA Kontinuerlig kolorimetrisk bestemmelse av spor av ammonium i sjøvann med en langveis flytende bølgelederkapillærcelle.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ og Hansel, DA Kontinuerlig kolorimetrisk bestemmelse av spormengder av ammonium i sjøvann ved bruk av en kapillærcelle med flytende bølgeleder. 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 og Hansel, DA Kontinuerlig kolorimetrisk bestemmelse av spormengder av ammonium i sjøvann ved bruk av langtrekkende flytende bølgelederkapillærer.Kjemi i mars. 96, 73–85 (2005).
Páscoa, RNMJ, Tóth, IV og Rangel, AOSS. Gjennomgang av nyere anvendelser av flytende bølgelederkapillærceller i strømningsbaserte analyseteknikker for å forbedre følsomheten til spektroskopiske deteksjonsmetoder. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV og Rangel, AOSS. Gjennomgang av nyere anvendelser av flytende bølgelederkapillærceller i strømningsbaserte analyseteknikker for å forbedre følsomheten til spektroskopiske deteksjonsmetoder.Pascoa, RNMJ, Toth, IV og Rangel, AOSS. En gjennomgang av nyere anvendelser av den flytende bølgelederkapillærcellen i strømningsanalyseteknikker for å forbedre følsomheten til spektroskopiske deteksjonsmetoder. 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 灵序度 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 灵敏度序灵敏度 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 og Rangel, AOSS. En gjennomgang av nyere anvendelser av flytende bølgelederkapillærceller i strømningsbaserte analysemetoder for å forbedre følsomheten til spektroskopiske deteksjonsmetoder.anus. Kjemi. Lov 739, 1–13 (2012).
Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. og Shen, J. Undersøkelse av tykkelsen på Ag- og AgI-filmer i kapillærrøret for hule bølgeledere. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. og Shen, J. Undersøkelse av tykkelsen på Ag- og AgI-filmer i kapillærrøret for hule bølgeledere.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. og Shen J. Undersøkelse av tykkelsen på filmer Ag, AgI i kapillærrør for hule bølgeledere. 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. og Shen, J. Forskning på tykkelsen av tynnfilm av Ag og AgI i luftkanalen.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. og Shen J. Undersøkelse av tynnfilmtykkelse Ag, AgI i hule bølgelederkapillærer.Infrarød fysikk. teknologi 42, 501–508 (2001).
Gimbert, LJ, Haygarth, PM og Worsfold, PJ Bestemmelse av nanomolare konsentrasjoner av fosfat i naturlige vann ved bruk av strømningsinjeksjon med en langveisbasert væskebølgelederkapillærcelle og faststoffspektrofotometrisk deteksjon. Gimbert, LJ, Haygarth, PM og Worsfold, PJ Bestemmelse av nanomolare konsentrasjoner av fosfat i naturlige vann ved bruk av strømningsinjeksjon med en langveisbasert væskebølgelederkapillærcelle og faststoffspektrofotometrisk deteksjon.Gimbert, LJ, Haygarth, PM og Worsfold, PJ Bestemmelse av nanomolare fosfatkonsentrasjoner i naturlige vann ved bruk av strømningsinjeksjon med en flytende bølgelederkapillærcelle og faststoffspektrofotometrisk deteksjon. 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 og Worsfold, PJ Bestemmelse av fosfatkonsentrasjon i naturlig vann ved bruk av en væskesprøyte og et langtrekkende væskebølgelederkapillarrør.Gimbert, LJ, Haygarth, PM og Worsfold, PJ Bestemmelse av nanomolar fosfat i naturlig vann ved bruk av injeksjonsstrøm og kapillærbølgeleder med lang optisk vei og faststoffspektrofotometrisk deteksjon.Taranta 71, 1624–1628 (2007).
Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. og Liu, S. Linearitet og effektiv optisk veilengde for flytende bølgelederkapillærceller. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. og Liu, S. Linearitet og effektiv optisk veilengde for flytende bølgelederkapillærceller.Belz M., Dress P., Suhitsky A. og Liu S. Linearitet og effektiv optisk veilengde i flytende bølgeledere i kapillærceller. 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. og Liu, S. Lineariteten og den effektive lengden til flytende vann.Belz M., Dress P., Suhitsky A. og Liu S. Lineær og effektiv optisk veilengde i kapillærcellevæskebølge.SPIE 3856, 271–281 (1999).
Dallas, T. og Dasgupta, PK Lys i enden av tunnelen: nyere analytiske anvendelser av bølgeledere med flytende kjerne. Dallas, T. og Dasgupta, PK Lys i enden av tunnelen: nyere analytiske anvendelser av bølgeledere med flytende kjerne.Dallas, T. og Dasgupta, PK Lys i enden av tunnelen: nyere analytiske anvendelser av bølgeledere med flytende kjerne. Dallas, T. & Dasgupta, PK Lys i enden av tunnelen：液芯波导的最新分析应用。 Dallas, T. & Dasgupta, PK Lys i enden av tunnelen：液芯波导的最新分析应用。Dallas, T. og Dasgupta, PK Lys i enden av tunnelen: den nyeste analytiske anvendelsen av bølgeledere med flytende kjerne.TrAC, trendanalyse. Chemical. 23, 385–392 (2004).
Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR og McKelvie, ID En allsidig fotometrisk deteksjonscelle med total intern refleksjon for strømningsanalyse. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR og McKelvie, ID En allsidig fotometrisk deteksjonscelle med total intern refleksjon for strømningsanalyse.Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR og McKelvey, ID Universell fotometrisk total intern refleksjonscelle for strømningsanalyse. 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 og McKelvie, IDEllis, PS, Gentle, BS, Grace, MR og McKelvey, ID Universal TIR fotometrisk celle for strømningsanalyse.Taranta 79, 830–835 (2009).
Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ og McKelvie, ID Multirefleksjonsfotometrisk strømningscelle for bruk i strømningsinjeksjonsanalyse av elvemunninger. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ og McKelvie, ID Multirefleksjonsfotometrisk strømningscelle for bruk i strømningsinjeksjonsanalyse av elvemunninger.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ og McKelvey, ID. En multireflektansfotometrisk strømningscelle for bruk i strømningsanalyse av elvemunninger. 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。析 Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ og McKelvie, ID.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ og McKelvey, ID. En multireflektansfotometrisk strømningscelle for strømningsinjeksjonsanalyse i elvemunninger.anus Chim. Acta 499, 81-89 (2003).
Pan, J. -Z., Yao, B. & Fang, Q. Håndholdt fotometer basert på absorpsjonsdeteksjon av væskekjernebølgeleder for prøver på nanoliterskala. Pan, J.-Z., Yao, B. og Fang, Q. Håndholdt fotometer basert på absorpsjonsdeteksjon av væskekjernebølgeleder for prøver på nanoliterskala.Pan, J.-Z., Yao, B. og Fang, K. Et håndholdt fotometer basert på væskekjernebølgelengdeabsorpsjonsdeteksjon for prøver på nanoliterskala. 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. Basert på 液芯波波水水水油法的纳法手手手持光度计。Pan, J.-Z., Yao, B. og Fang, K. Et håndholdt fotometer med en nanoskalaprøve basert på deteksjon av absorpsjon i en flytende kjernebølge.anus Chemical. 82, 3394–3398 (2010).
Zhang, J.-Z. Øk følsomheten til injeksjonsstrømningsanalyse ved å bruke en kapillærstrømningscelle med lang optisk bane for spektrofotometrisk deteksjon. anus. the science. 22, 57–60 (2006).
D'Sa, EJ og Steward, RG Anvendelse av flytende kapillærbølgeleder i absorbansspektroskopi (Svar på kommentaren fra Byrne og Kaltenbacher). D'Sa, EJ og Steward, RG Anvendelse av flytende kapillærbølgeleder i absorbansspektroskopi (Svar på kommentaren fra Byrne og Kaltenbacher).D'Sa, EJ og Steward, RG Anvendelser av flytende kapillærbølgeledere i absorpsjonsspektroskopi (Svar på kommentarer fra Byrne og 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 Anvendelse av flytende 毛绿波波对在absorpsjonsspektrum（回复Byrne和Kaltenbacher的评论）.D'Sa, EJ og Steward, RG Flytende kapillærbølgeledere for absorpsjonsspektroskopi (som svar på kommentarer fra Byrne og Kaltenbacher).limonol. Oseanograf. 46, 742–745 (2001).
Khijwania, SK og Gupta, BD Fiberoptisk evanescerende feltabsorpsjonssensor: Effekt av fiberparametere og probens geometri. Khijwania, SK og Gupta, BD Fiberoptisk evanescerende feltabsorpsjonssensor: Effekt av fiberparametere og probens geometri.Hijvania, SK og Gupta, BD Fiberoptisk evanescent feltabsorpsjonssensor: Innflytelse av fiberparametere og probegeometri. 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 og Gupta, BDHijvania, SK og Gupta, BD Evanescente feltabsorpsjonsfiberoptiske sensorer: påvirkning av fiberparametere og probegeometri.Optikk og kvanteelektronikk 31, 625–636 (1999).
Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. og Woodruff, SD Vinkelutgang fra hule, metallforede bølgeleder-Raman-sensorer. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. og Woodruff, SD Vinkelutgang fra hule, metallforede bølgeleder-Raman-sensorer.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. og Woodruff, SD Vinkelutgang fra hule bølgeleder-Raman-sensorer med metallforing. 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. og Woodruff, SD Vinkelutgang fra en Raman-sensor med en bølgeleder i bart metall.søknad om å velge 51, 2023–2025 (2012).
Harrington, JA En oversikt over hule bølgeledere for IR-overføring. fiberintegrasjon. å velge. 19, 211–227 (2000).