Vă mulțumim că ați vizitat Nature.com. Versiunea browserului pe care o utilizați are suport limitat pentru CSS. Pentru o experiență optimă, vă recomandăm să utilizați un browser actualizat (sau să dezactivați Modul de compatibilitate în Internet Explorer). Între timp, pentru a asigura asistență continuă, vom reda site-ul fără stiluri și JavaScript.
Analiza urmelor probelor lichide are o gamă largă de aplicații în științele vieții și monitorizarea mediului. În această lucrare, am dezvoltat un fotometru compact și ieftin, bazat pe capilare metalice cu ghid de undă (MCC) pentru determinarea ultrasensibilă a absorbției. Calea optică poate fi mult mărită și mult mai lungă decât lungimea fizică a MWC, deoarece lumina împrăștiată de pereții laterali metalici netezi ondulați poate fi conținută în capilar, indiferent de unghiul de incidență. Concentrații de până la 5,12 nM pot fi obținute folosind reactivi cromogenici obișnuiți datorită noii amplificări optice neliniare și a comutării rapide a probelor și detectării glucozei.
Fotometria este utilizată pe scară largă pentru analiza urmelor probelor lichide datorită abundenței de reactivi cromogenici și dispozitive optoelectronice semiconductoare disponibile1,2,3,4,5. Comparativ cu determinarea tradițională a absorbanței bazată pe cuvetă, capilarele cu ghid de undă lichid (LWC) reflectă (TIR) ​​prin menținerea luminii sondei în interiorul capilarului1,2,3,4,5. Cu toate acestea, fără îmbunătățiri suplimentare, calea optică este aproape doar de lungimea fizică a LWC3.6, iar creșterea lungimii LWC peste 1,0 m va suferi o atenuare puternică a luminii și un risc ridicat de bule etc.3, 7. În ceea ce privește celula multi-reflexie propusă pentru îmbunătățirea căii optice, limita de detecție este îmbunătățită doar cu un factor de 2,5-8,9.
În prezent, există două tipuri principale de capilare cu flux continuu (LWC), și anume capilare din teflon AF (având un indice de refracție de doar ~1,3, care este mai mic decât cel al apei) și capilare din silice acoperite cu teflon AF sau pelicule metalice1,3,4. Pentru a obține TIR la interfața dintre materialele dielectrice, sunt necesare materiale cu un indice de refracție scăzut și unghiuri de incidență a luminii ridicate3,6,10. În ceea ce privește capilarele din teflon AF, teflonul AF este respirabil datorită structurii sale poroase3,11 și poate absorbi cantități mici de substanțe din probele de apă. Pentru capilarele din cuarț acoperite la exterior cu teflon AF sau metal, indicele de refracție al cuarțului (1,45) este mai mare decât cel al majorității probelor lichide (de exemplu, 1,33 pentru apă)3,6,12,13. Pentru capilarele acoperite cu o peliculă metalică în interior, au fost studiate proprietățile de transport14,15,16,17,18, dar procesul de acoperire este complicat, suprafața peliculei metalice având o structură rugoasă și poroasă4,19.
În plus, LWC-urile comerciale (capilare acoperite cu teflon AF și capilare de silice acoperite cu teflon AF, World Precision Instruments, Inc.) prezintă și alte dezavantaje, cum ar fi: pentru defecte. Volumul mort mare al conectorului în T TIR3,10, (2) (pentru conectarea capilarelor, fibrelor și tuburilor de intrare/ieșire) poate capta bule de aer10.
În același timp, determinarea nivelului de glucoză este de mare importanță pentru diagnosticarea diabetului, cirozei hepatice și a bolilor mintale20 și numeroase metode de detectare, cum ar fi fotometria (inclusiv spectrofotometria 21, 22, 23, 24, 25 și colorimetria pe hârtie 26, 27, 28), galvanometria 29, 30, 31, fluorometria 32, 33, 34, 35, polarimetria optică 36, rezonanța plasmonică de suprafață 37, cavitatea Fabry-Perot 38, electrochimia 39 și electroforeza capilară 40,41 și așa mai departe. Cu toate acestea, majoritatea acestor metode necesită echipamente scumpe, iar detectarea glucozei la mai multe concentrații nanomolare rămâne o provocare (de exemplu, pentru măsurători fotometrice21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, cea mai mică concentrație de glucoză). Limitarea a fost de numai 30 nM atunci când nanoparticulele de albastru de Prusia au fost utilizate ca imitatori de peroxidază). Analizele nanomolare de glucoză sunt adesea necesare pentru studii celulare la nivel molecular, cum ar fi inhibarea creșterii cancerului de prostată uman42 și comportamentul de fixare a CO2 al Prochlorococcus în ocean.
În acest articol, a fost dezvoltat un fotometru compact și ieftin, bazat pe un capilar metalic cu ghid de undă (MWC), un capilar din oțel inoxidabil SUS316L cu o suprafață interioară electropolizată, pentru determinarea absorbției ultrasensibile. Deoarece lumina poate fi captată în interiorul capilarelor metalice indiferent de unghiul de incidență, calea optică poate fi mărită considerabil prin împrăștierea luminii pe suprafețe metalice ondulate și netede și este mult mai lungă decât lungimea fizică a MWC. În plus, a fost proiectat un conector simplu în T pentru conexiunea optică și intrarea/ieșirea fluidului pentru a minimiza volumul mort și a evita captarea bulelor. Pentru fotometrul MWC de 7 cm, limita de detecție este îmbunătățită de aproximativ 3000 de ori comparativ cu spectrofotometrul comercial cu cuvă de 1 cm datorită noii îmbunătățiri a căii optice neliniare și a comutării rapide a probelor, iar concentrația de detectare a glucozei poate fi, de asemenea, atinsă doar 5,12 nM folosind reactivi cromogenici obișnuiți.
După cum se arată în Figura 1, fotometrul bazat pe MWC este alcătuit dintr-un MWC lung de 7 cm cu o suprafață interioară electropolizată de grad EP, un LED de 505 nm cu lentilă, un fotodetector cu câștig reglabil și două pentru cuplare optică și intrarea de lichid. Ieșire. O supapă cu trei căi conectată la tubul de intrare Pike este utilizată pentru a comuta proba primită. Tubul Peek se potrivește perfect pe placa de cuarț și MWC, astfel încât volumul mort din conectorul în T este menținut la minimum, prevenind eficient blocarea bulelor de aer. În plus, fasciculul colimat poate fi introdus ușor și eficient în MWC prin placa de cuarț în formă de T.
Fasciculul și proba lichidă sunt introduse în MCC printr-o piesă în T, iar fasciculul care trece prin MCC este recepționat de un fotodetector. Soluțiile de intrare, formate din probe colorate sau blank, au fost introduse alternativ în ICC printr-o supapă cu trei căi. Conform legii lui Beer, densitatea optică a unei probe colorate poate fi calculată din ecuația 1.10.
unde Vcolor și Vblank sunt semnalele de ieșire ale fotodetectorului atunci când eșantioanele de culoare și respectiv blank sunt introduse în MCC, iar Vdark este semnalul de fundal al fotodetectorului atunci când LED-ul este stins. Modificarea semnalului de ieșire ΔV = Vcolor–Vblank poate fi măsurată prin comutarea eșantioanelor. Conform ecuației. După cum se arată în Figura 1, dacă ΔV este mult mai mic decât Vblank–Vdark, atunci când se utilizează o schemă de comutare a eșantionării, modificările mici ale Vblank (de exemplu, drift) pot avea un efect redus asupra valorii AMWC.
Pentru a compara performanța fotometrului bazat pe MWC cu cea a spectrofotometrului bazat pe cuvetă, s-a utilizat o soluție de cerneală roșie ca probă de culoare datorită stabilității excelente a culorii și a bunei liniarități concentrație-absorbție, DI H2O ca probă martor. După cum se arată în Tabelul 1, o serie de soluții de cerneală roșie au fost preparate prin metoda diluției seriale utilizând DI H2O ca solvent. Concentrația relativă a probei 1 (S1), vopsea roșie originală nediluată, a fost determinată ca 1,0. În fig. Figura 2 sunt prezentate fotografii optice a 11 probe de cerneală roșie (S4 până la S14) cu concentrații relative (enumerate în Tabelul 1) cuprinse între 8,0 × 10–3 (stânga) și 8,2 × 10–10 (dreapta).
Rezultatele măsurătorilor pentru proba 6 sunt prezentate în Fig. 3(a). Punctele de comutare între probele colorate și probele blank sunt marcate în figură cu săgeți duble „↔”. Se poate observa că tensiunea de ieșire crește rapid la trecerea de la probele colorate la probele blank și invers. Vcolor, Vblank și ΔV corespunzător pot fi obținute așa cum se arată în figură.
(a) Rezultatele măsurătorilor pentru proba 6, (b) proba 9, (c) proba 13 și (d) proba 14 utilizând un fotometru bazat pe MWC.
Rezultatele măsurătorilor pentru probele 9, 13 și 14 sunt prezentate în Fig. 3(b)-(d), respectiv. După cum se arată în Figura 3(d), ΔV măsurat este de numai 5 nV, ceea ce este de aproape 3 ori valoarea zgomotului (2 nV). Un ΔV mic este dificil de distins de zgomot. Astfel, limita de detecție a atins o concentrație relativă de 8,2×10-10 (proba 14). Cu ajutorul ecuațiilor 1. Absorbanța AMWC poate fi calculată din valorile măsurate Vcolor, Vblank și Vdark. Pentru un fotodetector cu un câștig de 104, Vdark este -0,68 μV. Rezultatele măsurătorilor pentru toate probele sunt rezumate în Tabelul 1 și pot fi găsite în materialul suplimentar. După cum se arată în Tabelul 1, absorbanța găsită la concentrații mari de substanțe saturează, astfel încât absorbanța peste 3,7 nu poate fi măsurată cu spectrometre bazate pe MWC.
Pentru comparație, o probă de cerneală roșie a fost măsurată și cu un spectrofotometru, iar absorbanța Acuvette măsurată este prezentată în Figura 4. Valorile Acuvette la 505 nm (așa cum se arată în Tabelul 1) au fost obținute prin referirea la curbele probelor 10, 11 sau 12 (așa cum se arată în inserție, conform Fig. 4) ca bază. După cum se arată, limita de detecție a atins o concentrație relativă de 2,56 x 10-6 (proba 9) deoarece curbele de absorbție ale probelor 10, 11 și 12 erau imposibil de distins una de cealaltă. Astfel, atunci când s-a utilizat fotometrul bazat pe MWC, limita de detecție a fost îmbunătățită cu un factor de 3125 comparativ cu spectrofotometrul bazat pe cuvetă.
Dependența absorbție-concentrație este prezentată în Fig. 5. Pentru măsurătorile în cuvetă, absorbanța este proporțională cu concentrația de cerneală la o lungime a căii optice de 1 cm. În timp ce, pentru măsurătorile bazate pe MWC, s-a observat o creștere neliniară a absorbanței la concentrații scăzute. Conform legii lui Beer, absorbanța este proporțională cu lungimea căii optice, astfel încât câștigul de absorbție AEF (definit ca AEF = AMWC/Cuvetă la aceeași concentrație de cerneală) este raportul dintre MWC și lungimea căii optice a cuvei. După cum se arată în Figura 5, la concentrații mari, constanta AEF este în jur de 7,0, ceea ce este rezonabil, deoarece lungimea MWC este exact de 7 ori lungimea unei cuve de 1 cm. Totuși, la concentrații scăzute (concentrație aferentă <1,28 × 10⁻⁵), AEF crește odată cu scăderea concentrației și ar atinge o valoare de 803 la o concentrație aferentă de 8,2 × 10⁻⁵ prin extrapolarea curbei măsurătorii bazate pe cuvetă. Totuși, la concentrații scăzute (concentrație aferentă <1,28 × 10⁻⁵), AEF crește odată cu scăderea concentrației și ar atinge o valoare de 803 la o concentrație aferentă de 8,2 × 10⁻⁵ prin extrapolarea curbei măsurătorii bazate pe cuvetă. Однако при низких концентрациях (относительная концентрация <1,28 × 10–5) AEF увеличичивается моднако концентрации и может достигать значения 803 при относительной концентрации 8,2 × 10–10 при относительной концентрации 8,2 × 10–10 прицентрации кривой измерения на основе кюветы. Totuși, la concentrații scăzute (concentrație relativă <1,28 × 10–5), AEF crește odată cu scăderea concentrației și poate atinge o valoare de 803 la o concentrație relativă de 8,2 × 10–10 atunci când este extrapolată dintr-o curbă de măsurare bazată pe cuvetă.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，在相关渓 108-12.×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 并且 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 8,2 × 10-10 Однако при низких концентрациях (релевантные концентрации < 1,28 × 10-5) АЭП увелитрациях ваелитрацияь концентрации, и при экстраполяции кривой измерения на основе кюветы она достигает знисоя четнове кюветы концентрации 8,2 × 10–10 803 . Totuși, la concentrații scăzute (concentrații relevante < 1,28 × 10-5), debitul mediu amețitor (DEA) crește odată cu scăderea concentrației, iar atunci când este extrapolată dintr-o curbă de măsurare bazată pe cuvetă, atinge o valoare a concentrației relative de 8,2 × 10–10 803.Acest lucru are ca rezultat o cale optică corespunzătoare de 803 cm (AEF × 1 cm), care este mult mai lungă decât lungimea fizică a MWC și chiar mai lungă decât cel mai lung LWC disponibil comercial (500 cm de la World Precision Instruments, Inc.). Doko Engineering LLC are o lungime de 200 cm). Această creștere neliniară a absorbției în LWC nu a fost raportată anterior.
În fig. 6(a)-(c) sunt prezentate o imagine optică, o imagine la microscop și respectiv o imagine la profilul optic a suprafeței interioare a secțiunii MWC. După cum se arată în fig. 6(a), suprafața interioară este netedă și lucioasă, poate reflecta lumina vizibilă și este foarte reflectorizantă. După cum se arată în fig. 6(b), din cauza deformabilității și naturii cristaline a metalului, pe suprafața netedă apar mici mese și neregularități. Având în vedere suprafața mică (<5 μm × 5 μm), rugozitatea majorității suprafețelor este mai mică de 1,2 nm (Fig. 6(c)). Având în vedere o suprafață mică (<5 μm × 5 μm), rugozitatea majorității suprafețelor este mai mică de 1,2 nm (Fig. 6(c)). Ввиду малой площади (<5 мкм×5 мкм) шероховатость большей части поверхности составляет (1, ставляет. 6(в)). Datorită suprafeței mici (<5 µm × 5 µm), rugozitatea majorității suprafeței este mai mică de 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 поверхноства поверхноства поверхностей 12 мкм × 5 мкм нм (рис. 6(в)). Având în vedere suprafața mică (<5 µm × 5 µm), rugozitatea majorității suprafețelor este mai mică de 1,2 nm (Fig. 6(c)).
(a) Imagine optică, (b) imagine la microscop și (c) imagine optică a suprafeței interne a inciziei MWC.
Așa cum se arată în fig. 7(a), calea optică LOP în capilar este determinată de unghiul de incidență θ (LOP = LC/sinθ, unde LC este lungimea fizică a capilarului). Pentru capilarele din Teflon AF umplute cu DI H2O, unghiul de incidență trebuie să fie mai mare decât unghiul critic de 77,8°, deci LOP este mai mic de 1,02 × LC fără îmbunătățiri suplimentare3.6. În timp ce, în cazul MWC, limitarea luminii în interiorul capilarului este independentă de indicele de refracție sau de unghiul de incidență, astfel încât, pe măsură ce unghiul de incidență scade, calea luminii poate fi mult mai lungă decât lungimea capilarului (LOP » LC). Așa cum se arată în fig. 7(b), suprafața metalică ondulată poate induce împrăștierea luminii, ceea ce poate crește considerabil calea optică.
Prin urmare, există două căi luminoase pentru MWC: lumină directă fără reflexie (LOP = LC) și lumină în formă de dinte de fierăstrău cu reflexii multiple între pereții laterali (LOP » LC). Conform legii lui Beer, intensitatea luminii transmise directă și în zig-zag poate fi exprimată ca PS×exp(-α×LC) și respectiv PZ×exp(-α×LOP), unde constanta α este coeficientul de absorbție, care depinde în întregime de concentrația cernelii.
Pentru cerneală cu concentrație mare (de exemplu, concentrație aferentă >1,28 × 10-5), lumina în zig-zag este puternic atenuată, iar intensitatea sa este mult mai mică decât cea a luminii directe, datorită coeficientului de absorbție mare și a drumului optic mult mai lung. Pentru cerneală cu concentrație mare (de exemplu, concentrație aferentă >1,28 × 10-5), lumina în zig-zag este puternic atenuată, iar intensitatea sa este mult mai mică decât cea a luminii directe, datorită coeficientului de absorbție mare și a drumului optic mult mai lung. Для чернил с высокой концентрацией (например, относительная концентрация >1,28 × 10-5) зогигбй сильно затухает, а его интенсивность намного ниже, чем у прямого света, из-за болофьфицогиофьфшогофь поглощения и гораздо более длинного оптического излучения. Pentru cerneală cu concentrație mare (de exemplu, concentrație relativă >1,28×10-5), lumina în zig-zag este puternic atenuată, iar intensitatea sa este mult mai mică decât cea a luminii directe, datorită coeficientului mare de absorbție și emisiei optice mult mai lungi.urmări.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 减 很 大 度 大 度直光 ， 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 长 长 长Для чернил с высокой концентрацией (например, релевантные концентрации >1,28×10-5) зигозрагозонтрацией значительно ослабляется, и его интенсивность намного ниже, чем у прямого света из-з-за Јого коэффициента поглощения и более длительного оптического времени. Pentru cernelurile cu concentrație mare (de exemplu, concentrații relevante >1,28×10-5), lumina în zig-zag este semnificativ atenuată, iar intensitatea sa este mult mai mică decât cea a luminii directe, datorită coeficientului mare de absorbție și timpului optic mai lung.drum mic.Astfel, lumina directă a dominat determinarea absorbanței (LOP = LC), iar AEF a fost menținut constant la ~7,0. În schimb, atunci când coeficientul de absorbție scade odată cu scăderea concentrației de cerneală (de exemplu, concentrație aferentă <1,28 × 10-5), intensitatea luminii în zig-zag crește mai rapid decât cea a luminii directe și atunci lumina în zig-zag începe să joace un rol mai important. În schimb, atunci când coeficientul de absorbție scade odată cu scăderea concentrației de cerneală (de exemplu, concentrație aferentă <1,28 × 10-5), intensitatea luminii în zig-zag crește mai rapid decât cea a luminii directe și atunci lumina în zig-zag începe să joace un rol mai important. Напротив, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чрернии чрернири относительная концентрация <1,28 × 10-5), интенсивность зигзагообразного света увелитчемя ваелистче вае,ыстче зигзагообразного прямого света, и затем начинает играть зигзагообразный свет. Dimpotrivă, când coeficientul de absorbție scade odată cu scăderea concentrației de cerneală (de exemplu, concentrația relativă <1,28×10-5), intensitatea luminii în zig-zag crește mai rapid decât cea a luminii directe, iar apoi lumina în zig-zag începe să se aprindă.rol mai important.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攨一个更皀一个更皴粇更快相反 ， 当 吸收 系数 随着 墨水 的 降低 而 降低 时 例如 例如 ， 相兺 ， 相反 18兺 × 18兺10-5） ， 字形光 的 强度 比 增加 得 更 ， 然后 z 字形光 发挥 作用 一 作用 一 作用 一 作用 一 作 用 一 作 锨 一 不 遍 聦更 更 更 更 更 更 更 更 HI的角色。 И наоборот, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрациент ченрацири ченрацири соответствующая концентрация < 1,28×10-5), интенсивность зигзагообразного света увелетч ивелетч ивелетч ивелетсть прямого, и тогда зигзагообразный свет начинает играть более важную rol. În schimb, când coeficientul de absorbție scade odată cu scăderea concentrației de cerneală (de exemplu, concentrația corespunzătoare < 1,28×10-5), intensitatea luminii în zig-zag crește mai rapid decât lumina directă, iar apoi lumina în zig-zag începe să joace un rol mai important.personaj de rol.Prin urmare, datorită căii optice în formă de dinți de fierăstrău (LOP » LC), AEF poate fi crescut cu mult peste 7,0. Caracteristicile precise de transmisie a luminii ale MWC pot fi obținute folosind teoria modurilor ghid de undă.
Pe lângă îmbunătățirea căii optice, comutarea rapidă a probelor contribuie și la limite de detecție ultra-scăzute. Datorită volumului mic de MCC (0,16 ml), timpul necesar pentru comutarea și schimbarea soluțiilor în MCC poate fi mai mic de 20 de secunde. După cum se arată în Figura 5, valoarea minimă detectabilă a AMWC (2,5 × 10–4) este de 4 ori mai mică decât cea a Acuvette (1,0 × 10–3). Comutarea rapidă a soluției care curge în capilar reduce efectul zgomotului sistemului (de exemplu, deviația) asupra preciziei diferenței de absorbanță în comparație cu soluția de retenție din cuvă. De exemplu, așa cum se arată în fig. 3(b)-(d), ΔV poate fi ușor distins de un semnal de deviație datorită comutării rapide a probei în capilarul cu volum mic.
Așa cum se arată în Tabelul 2, s-a preparat o gamă de soluții de glucoză la diferite concentrații folosind DI H2O ca solvent. Probele colorate sau blank au fost preparate prin amestecarea soluției de glucoză sau a apei deionizate cu soluții cromogene de glucoză oxidază (GOD) și peroxidază (POD) 37 într-un raport de volum fix de 3:1, respectiv. În figura 8 sunt prezentate fotografii optice a nouă probe colorate (S2-S10) cu concentrații de glucoză cuprinse între 2,0 mM (stânga) și 5,12 nM (dreapta). Roșeața scade odată cu scăderea concentrației de glucoză.
Rezultatele măsurătorilor probelor 4, 9 și 10 cu un fotometru bazat pe MWC sunt prezentate în Fig. 9(a)-(c), respectiv. Așa cum se arată în fig. 9(c), ΔV măsurat devine mai puțin stabil și crește lent în timpul măsurării, pe măsură ce culoarea reactivului GOD-POD în sine (chiar și fără adăugarea de glucoză) se schimbă lent în lumină. Astfel, măsurătorile succesive ΔV nu pot fi repetate pentru probe cu o concentrație de glucoză mai mică de 5,12 nM (proba 10), deoarece atunci când ΔV este suficient de mic, instabilitatea reactivului GOD-POD nu mai poate fi neglijată. Prin urmare, limita de detecție pentru soluția de glucoză este de 5,12 nM, deși valoarea ΔV corespunzătoare (0,52 µV) este mult mai mare decât valoarea zgomotului (0,03 µV), indicând faptul că se poate detecta în continuare un ΔV mic. Această limită de detecție poate fi îmbunătățită în continuare prin utilizarea unor reactivi cromogenici mai stabili.
(a) Rezultatele măsurătorilor pentru proba 4, (b) proba 9 și (c) proba 10 utilizând un fotometru bazat pe MWC.
Absorbanța AMWC poate fi calculată folosind valorile măsurate Vcolor, Vblank și Vdark. Pentru un fotodetector cu un câștig de 105, Vdark este -0,068 μV. Măsurătorile pentru toate probele pot fi setate în materialul suplimentar. Pentru comparație, probele de glucoză au fost măsurate și cu un spectrofotometru, iar absorbanța măsurată a Acuvette a atins o limită de detecție de 0,64 µM (proba 7), așa cum se arată în Figura 10.
Relația dintre absorbanță și concentrație este prezentată în Figura 11. Cu fotometrul bazat pe MWC, s-a obținut o îmbunătățire de 125 de ori a limitei de detecție în comparație cu spectrofotometrul bazat pe cuvetă. Această îmbunătățire este mai mică decât cea obținută în cazul testului cu cerneală roșie din cauza stabilității slabe a reactivului GOD-POD. De asemenea, s-a observat o creștere neliniară a absorbanței la concentrații scăzute.
Fotometrul bazat pe MWC a fost dezvoltat pentru detectarea ultra-sensibilă a probelor lichide. Calea optică poate fi mult mărită și mult mai lungă decât lungimea fizică a MWC, deoarece lumina împrăștiată de pereții laterali metalici ondulați și netezi poate fi conținută în capilar, indiferent de unghiul de incidență. Concentrații de până la 5,12 nM pot fi obținute folosind reactivi GOD-POD convenționali datorită noii amplificări optice neliniare și a comutării rapide a probelor și detectării glucozei. Acest fotometru compact și ieftin va fi utilizat pe scară largă în științele vieții și monitorizarea mediului pentru analiza urmelor.
După cum se arată în Figura 1, fotometrul bazat pe MWC este alcătuit dintr-un MWC lung de 7 cm (diametru interior 1,7 mm, diametru exterior 3,18 mm, suprafață interioară electropolizată clasa EP, capilar din oțel inoxidabil SUS316L), un LED cu lungime de undă de 505 nm (Thorlabs M505F1) și lentile (cu o întârziere a fasciculului de aproximativ 6,6 grade), un fotodetector cu câștig variabil (Thorlabs PDB450C) și doi conectori în T pentru comunicație optică și intrare/ieșire de lichid. Conectorul în T este realizat prin lipirea unei plăci transparente de cuarț la un tub PMMA în care sunt introduse strâns și lipite tuburi MWC și Peek (diametru interior 0,72 mm, diametru exterior 1,6 mm, Vici Valco Corp.). O supapă cu trei căi conectată la tubul de admisie Pike este utilizată pentru a comuta proba primită. Fotodetectorul poate converti puterea optică recepționată P într-un semnal de tensiune amplificat N×V (unde V/P = 1,0 V/W la 1550 nm, amplificarea N poate fi ajustată manual în intervalul 10³-107). Pentru concizie, se utilizează V în loc de N×V ca semnal de ieșire.
Prin comparație, pentru măsurarea absorbanței probelor lichide a fost utilizat și un spectrofotometru comercial (seria Agilent Technologies Cary 300 cu fotomultiplicator de înaltă eficiență R928) cu o celulă cuvetă de 1,0 cm.
Suprafața interioară a tăieturii MWC a fost examinată utilizând un profilator optic de suprafață (ZYGO New View 5022) cu o rezoluție verticală și laterală de 0,1 nm, respectiv 0,11 µm.
Toate substanțele chimice (grad analitic, fără purificare ulterioară) au fost achiziționate de la Sichuan Chuangke Biotechnology Co., Ltd. Kiturile de testare a glucozei includ glucoză oxidază (GOD), peroxidază (POD), 4-aminoantipirină și fenol etc. Soluția cromogenică a fost preparată prin metoda obișnuită GOD-POD 37.
Așa cum se arată în Tabelul 2, o gamă de soluții de glucoză la diferite concentrații a fost preparată folosind DI H2O ca diluant, utilizând o metodă de diluție serială (vezi Materialele Suplimentare pentru detalii). Preparați probele colorate sau blank prin amestecarea soluției de glucoză sau a apei deionizate cu soluție cromogenă într-un raport de volum fix de 3:1, respectiv. Toate probele au fost păstrate la 37°C, protejate de lumină, timp de 10 minute înainte de măsurare. În metoda GOD-POD, probele colorate se înroșesc, cu un maxim de absorbție la 505 nm, iar absorbția este aproape proporțională cu concentrația de glucoză.
Așa cum se arată în Tabelul 1, o serie de soluții de cerneală roșie (Ostrich Ink Co., Ltd., Tianjin, China) au fost preparate prin metoda diluției seriale folosind DI H2O ca solvent.
Cum se citează acest articol: Bai, M. și colab. Fotometru compact bazat pe capilare metalice cu ghid de undă: pentru determinarea concentrațiilor nanomolare de glucoză. The Science. 5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
Dress, P. și Franke, H. Creșterea preciziei analizei lichidelor și a controlului valorii pH-ului utilizând un ghid de undă cu miez lichid. Dress, P. și Franke, H. Creșterea preciziei analizei lichidelor și a controlului valorii pH-ului utilizând un ghid de undă cu miez lichid.Dress, P. și Franke, H. Îmbunătățirea preciziei analizei lichidelor și a controlului pH-ului cu un ghid de undă cu miez lichid. 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. și Franke, H. Îmbunătățirea preciziei analizei lichidelor și a controlului pH-ului utilizând ghiduri de undă cu miez lichid.Treceți la știință. metru. 68, 2167–2171 (1997).
Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ și Hansell, DA Determinare colorimetrică continuă a urmelor de amoniu în apa de mare cu o celulă capilară cu ghid de undă lichid cu traiectorie lungă. Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ și Hansell, DA Determinare colorimetrică continuă a urmelor de amoniu în apa de mare cu o celulă capilară cu ghid de undă lichid cu traiectorie lungă.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ și Hansel, DA Determinare colorimetrică continuă a urmelor de amoniu în apa de mare utilizând o celulă capilară cu ghid de undă lichid. 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 și Hansel, DA Determinare colorimetrică continuă a urmelor de amoniu în apa de mare utilizând capilare cu ghid de undă lichid cu rază lungă de acțiune.Chimie în martie. 96, 73–85 (2005).
Páscoa, RNMJ, Tóth, IV și Rangel, AOSS. Recenzie asupra aplicațiilor recente ale celulei capilare cu ghid de undă lichid în tehnicile de analiză bazate pe flux pentru a spori sensibilitatea metodelor de detecție spectroscopică. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV și Rangel, AOSS. Recenzie asupra aplicațiilor recente ale celulei capilare cu ghid de undă lichid în tehnicile de analiză bazate pe flux pentru a spori sensibilitatea metodelor de detecție spectroscopică.Pascoa, RNMJ, Toth, IV și Rangel, AOSS O trecere în revistă a aplicațiilor recente ale celulei capilare cu ghid de undă lichid în tehnicile de analiză a fluxului pentru îmbunătățirea sensibilității metodelor de detecție spectroscopică. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS回顾液体波导毛细管单元在基于流动的分析技术中的最新应用，以提高光谱检测方法的灵敏度。 Páscoa, rnmj, tóth, IV & rangel, aoss 回顾 液体 毛细管 单元 在 基于 的 分析 技术 中 的 朌 毛细管 毛细管检测 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 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 și Rangel, AOSS O trecere în revistă a aplicațiilor recente ale celulelor capilare cu ghid de undă lichid în metodele analitice bazate pe flux pentru a spori sensibilitatea metodelor de detecție spectroscopică.anus. Chim. Act 739, 1-13 (2012).
Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. și Shen, J. Investigarea grosimii peliculelor de Ag, AgI în capilar pentru ghiduri de undă goale. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. și Shen, J. Investigarea grosimii peliculelor de Ag, AgI în capilar pentru ghiduri de undă goale.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. și Shen J. Investigarea grosimii peliculelor de Ag, AgI în capilar pentru ghiduri de undă goale. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. și 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. și Shen, J. Cercetări privind grosimea peliculei subțiri de Ag și AgI în conducta de aer.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. și Shen J. Investigarea grosimii peliculelor subțiri Ag, AgI în capilare cu ghid de undă gol.Fizica infraroșie. Tehnologie 42, 501–508 (2001).
Gimbert, LJ, Haygarth, PM și Worsfold, PJ Determinarea concentrațiilor nanomolare de fosfat în apele naturale utilizând injecția în flux cu o celulă capilară cu ghid de undă lichid cu cale lungă și detecție spectrofotometrică în stare solidă. Gimbert, LJ, Haygarth, PM și Worsfold, PJ Determinarea concentrațiilor nanomolare de fosfat în apele naturale utilizând injecția în flux cu o celulă capilară cu ghid de undă lichid cu cale lungă și detecție spectrofotometrică în stare solidă.Gimbert, LJ, Haygarth, PM și Worsfold, PJ Determinarea concentrațiilor nanomolare de fosfat în apele naturale utilizând injecția în flux cu o celulă capilară cu ghid de undă lichid și detecție spectrofotometrică în stare solidă. Gimbert, LJ, Haygarth, PM și 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 și Worsfold, PJ Determinarea concentrației de fosfat în apa naturală utilizând o seringă pentru lichid și un tub capilar cu ghid de undă lichid cu rază lungă de acțiune.Gimbert, LJ, Haygarth, PM și Worsfold, PJ Determinarea fosfatului nanomolar în apa naturală utilizând fluxul de injecție și ghidul de undă capilar cu cale optică lungă și detecție spectrofotometrică în stare solidă.Taranta 71, 1624–1628 (2007).
Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. și Liu, S. Liniaritatea și lungimea efectivă a drumului optic al celulelor capilare cu ghid de undă lichid. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. și Liu, S. Liniaritatea și lungimea efectivă a drumului optic al celulelor capilare cu ghid de undă lichid.Belz M., Dress P., Suhitsky A. și Liu S. Liniaritate și lungime efectivă a drumului optic în ghidurile de undă lichide din celulele capilare. 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. și Liu, S. Linearitatea și lungimea efectivă a apei lichide.Belz M., Dress P., Suhitsky A. și Liu S. Lungimea căii optice liniare și efective în unda lichidă a celulelor capilare.SPIE 3856, 271–281 (1999).
Dallas, T. și Dasgupta, PK Lumina de la capătul tunelului: aplicații analitice recente ale ghidurilor de undă cu miez lichid. Dallas, T. și Dasgupta, PK Lumina de la capătul tunelului: aplicații analitice recente ale ghidurilor de undă cu miez lichid.Dallas, T. și Dasgupta, PK Lumina de la capătul tunelului: aplicații analitice recente ale ghidurilor de undă cu miez lichid. Dallas, T. și Dasgupta, PK Lumina de la capătul tunelului：液芯波导的最新分析应用。 Dallas, T. și Dasgupta, PK Lumina de la capătul tunelului：液芯波导的最新分析应用。Dallas, T. și Dasgupta, PK Lumina de la capătul tunelului: cea mai recentă aplicație analitică a ghidurilor de undă cu miez lichid.TrAC, analiză a tendințelor. Chemical. 23, 385–392 (2004).
Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR și McKelvie, ID O celulă de detecție fotometrică cu reflexie internă totală versatilă pentru analiza fluxului. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR și McKelvie, ID O celulă de detecție fotometrică cu reflexie internă totală versatilă pentru analiza fluxului.Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR și McKelvey, ID Celulă universală fotometrică cu reflexie internă totală pentru analiza fluxului. 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 și McKelvie, IDEllis, PS, Gentle, BS, Grace, MR și McKelvey, ID Celulă fotometrică TIR universală pentru analiza fluxului.Taranta 79, 830–835 (2009).
Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ și McKelvie, ID Celulă de flux fotometrică multi-reflexie pentru utilizare în analiza prin injecție în flux a apelor estuariene. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ și McKelvie, ID Celulă de flux fotometrică multi-reflexie pentru utilizare în analiza prin injecție în flux a apelor estuariene.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ și McKelvey, ID O celulă de flux fotometrică cu reflexie multiplă pentru utilizare în analiza fluxului apelor estuariene. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ și 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 și McKelvie, ID.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ și McKelvey, ID O celulă de flux fotometrică multi-reflectanță pentru analiza injecției de flux în apele estuariene.anus Chim. Acta 499, 81-89 (2003).
Pan, J. -Z., Yao, B. și Fang, Q. Fotometru portabil bazat pe detectarea prin absorbție a ghidului de undă cu miez lichid pentru probe la scară nanolitrică. Pan, J.-Z., Yao, B. și Fang, Q. Fotometru portabil bazat pe detectarea prin absorbție a ghidului de undă cu miez lichid pentru probe la scară nanolitrică.Pan, J.-Z., Yao, B. și Fang, K. Un fotometru portabil bazat pe detectarea absorbției lungimii de undă cu miez lichid pentru probe la scară nanolitrică. 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. Bazat pe 液芯波波水水水油法的纳法手手手持光度计。Pan, J.-Z., Yao, B. și Fang, K. Un fotometru portabil cu o probă la scară nanometrică bazat pe detectarea absorbției într-o undă cu miez lichid.anus Chemical. 82, 3394–3398 (2010).
Zhang, J.-Z. Creșterea sensibilității analizei fluxului de injecție prin utilizarea unei celule de flux capilar cu o cale optică lungă pentru detectarea spectrofotometrică. anus. the science. 22, 57–60 (2006).
D'Sa, EJ și Steward, RG Aplicarea ghidului de undă capilar lichid în spectroscopia de absorbanță (Răspuns la comentariul lui Byrne și Kaltenbacher). D'Sa, EJ și Steward, RG Aplicarea ghidului de undă capilar lichid în spectroscopia de absorbanță (Răspuns la comentariul lui Byrne și Kaltenbacher).D'Sa, EJ și Steward, RG Aplicații ale ghidurilor de undă capilare lichide în spectroscopia de absorbție (Răspuns la comentariile lui Byrne și 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 Aplicarea spectrului de absorbție lichid 毛绿波波对在（回复Byrne和Kaltenbacher的评论）.D'Sa, EJ și Steward, RG Ghiduri de undă capilare lichide pentru spectroscopie de absorbție (ca răspuns la comentariile lui Byrne și Kaltenbacher).limonol. Oceanograf. 46, 742–745 (2001).
Khijwania, SK și Gupta, BD Senzor de absorbție a câmpului evanescent cu fibră optică: Efectul parametrilor fibrei și al geometriei sondei. Khijwania, SK și Gupta, BD Senzor de absorbție a câmpului evanescent cu fibră optică: Efectul parametrilor fibrei și al geometriei sondei.Hijvania, SK și Gupta, BD Senzor de absorbție a câmpului evanescent cu fibră optică: Influența parametrilor fibrei și a geometriei sondei. 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 și Gupta, BDHijvania, SK și Gupta, BD Senzori cu fibră optică cu absorbție în câmp evanescent: influența parametrilor fibrei și a geometriei sondei.Optică și electronică cuantică 31, 625–636 (1999).
Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. și Woodruff, SD. Ieșire unghiulară a senzorilor Raman cu ghid de undă, tubulari, căptușiți cu metal. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. și Woodruff, SD. Ieșire unghiulară a senzorilor Raman cu ghid de undă, tubulari, căptușiți cu metal.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. și Woodruff, SD. Ieșire unghiulară a senzorilor Raman cu ghid de undă gol cu ​​căptușeală metalică. 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. și Woodruff, SD. Ieșirea unghiulară a unui senzor Raman cu ghid de undă metalic gol.cerere de alegere 51, 2023-2025 (2012).
Harrington, JA O prezentare generală a ghidurilor de undă goale pentru transmisia IR. Integrarea fibrei. Alegerea. 19, 211–227 (2000).