Спасибо за посещение сайта Nature.com. Версия вашего браузера имеет ограниченную поддержку CSS. Для наилучшего взаимодействия с сайтом мы рекомендуем использовать обновлённую версию браузера (или отключить режим совместимости в Internet Explorer). В настоящее время, для обеспечения дальнейшей поддержки, мы будем отображать сайт без стилей и JavaScript.
Анализ следовых количеств жидких образцов имеет широкий спектр применения в биологических науках и мониторинге окружающей среды. В данной работе мы разработали компактный и недорогой фотометр на основе металлических волноводных капилляров (МВК) для сверхчувствительного определения поглощения. Оптический путь может быть значительно увеличен и намного длиннее физической длины МВК, поскольку свет, рассеянный гофрированными гладкими металлическими боковыми стенками, может удерживаться внутри капилляра независимо от угла падения. Благодаря новому нелинейному оптическому усилению, быстрому переключению образцов и обнаружению глюкозы, можно достичь концентраций до 5,12 нМ с использованием обычных хромогенных реагентов.
Фотометрия широко используется для анализа следовых количеств жидких образцов благодаря обилию доступных хромогенных реагентов и полупроводниковых оптоэлектронных устройств1,2,3,4,5. По сравнению с традиционным определением поглощения на основе кювет, капилляры с жидкостным волноводом (LWC) отражают (полное внутреннее отражение), удерживая зондирующий свет внутри капилляра1,2,3,4,5. Однако без дальнейшего улучшения оптический путь лишь близок к физической длине LWC3,6, а увеличение длины LWC более чем на 1,0 м приведет к сильному затуханию света и высокому риску образования пузырьков и т. д.3, 7. Что касается предложенной многоотражательной ячейки для улучшения оптического пути, то предел обнаружения улучшается лишь в 2,5-8,9 раза.
В настоящее время существует два основных типа жидкостных капилляров (ЖКК): капилляры из тефлона AF (имеющие показатель преломления всего ~1,3, что ниже, чем у воды) и кремнеземные капилляры, покрытые тефлоном AF или металлическими пленками1,3,4. Для достижения полного внутреннего отражения на границе раздела диэлектрических материалов требуются материалы с низким показателем преломления и большими углами падения света3,6,10. Что касается капилляров из тефлона AF, то тефлон AF воздухопроницаем благодаря своей пористой структуре3,11 и может поглощать небольшие количества веществ из образцов воды. Для кварцевых капилляров, покрытых снаружи тефлоном AF или металлом, показатель преломления кварца (1,45) выше, чем у большинства жидких образцов (например, 1,33 для воды)3,6,12,13. Для капилляров, покрытых металлической пленкой, были изучены транспортные свойства14,15,16,17,18, однако процесс нанесения покрытия сложен, а поверхность металлической пленки имеет шероховатую и пористую структуру4,19.
Кроме того, коммерческие LWC (капилляры с тефлоновым покрытием AF и кремниевые капилляры с тефлоновым покрытием AF, World Precision Instruments, Inc.) имеют некоторые другие недостатки, такие как: большой мертвый объем TIR3,10, (2) Т-образный соединитель (для соединения капилляров, волокон и входных/выходных трубок) может задерживать пузырьки воздуха10.
В то же время определение уровня глюкозы имеет большое значение для диагностики диабета, цирроза печени и психических заболеваний20. Существует множество методов обнаружения, таких как фотометрия (включая спектрофотометрию 21, 22, 23, 24, 25 и колориметрию на бумаге 26, 27, 28), гальванометрия 29, 30, 31, флюорометрия 32, 33, 34, 35, оптическая поляриметрия 36, поверхностный плазмонный резонанс 37, полость Фабри-Перо 38, электрохимия 39 и капиллярный электрофорез 40,41 и так далее. Однако большинство этих методов требуют дорогостоящего оборудования, а обнаружение глюкозы в нескольких наномолярных концентрациях остается сложной задачей (например, для фотометрических измерений21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, самая низкая концентрация глюкозы). Ограничение составляло всего 30 нМ при использовании наночастиц прусской сини в качестве имитаторов пероксидазы. Анализ глюкозы в наномолярных концентрациях часто необходим для клеточных исследований на молекулярном уровне, таких как ингибирование роста рака предстательной железы человека42 и поведение Prochlorococcus в океане при фиксации CO2.
В данной статье разработан компактный и недорогой фотометр на основе капилляра с металлическим волноводом (MWC), представляющего собой капилляр из нержавеющей стали SUS316L с электрополированной внутренней поверхностью, для сверхчувствительного определения поглощения. Поскольку свет может улавливаться внутри металлических капилляров независимо от угла падения, оптический путь может быть значительно увеличен за счет рассеяния света на гофрированных и гладких металлических поверхностях и значительно длиннее физической длины MWC. Кроме того, для оптического соединения и ввода/вывода жидкости был разработан простой Т-образный соединитель, позволяющий минимизировать мертвый объем и избежать захвата пузырьков. Для фотометра с MWC длиной 7 см предел обнаружения улучшен примерно в 3000 раз по сравнению с коммерческим спектрофотометром с кюветой 1 см благодаря новому усовершенствованию нелинейного оптического пути и быстрому переключению образцов, а также может быть достигнута концентрация глюкозы всего 5,12 нМ с использованием обычных хромогенных реагентов.
Как показано на рисунке 1, фотометр на основе MWC состоит из MWC длиной 7 см с электрополированной внутренней поверхностью класса EP, светодиода 505 нм с линзой, фотодетектора с регулируемым коэффициентом усиления и двух устройств для оптической связи и ввода жидкости. Выход. Для переключения входящего образца используется трехходовой клапан, соединенный с входной трубкой Pike. Трубка Peek плотно прилегает к кварцевой пластине и MWC, поэтому мертвый объем в Т-образном соединителе сводится к минимуму, эффективно предотвращая образование пузырьков воздуха. Кроме того, коллимированный луч может легко и эффективно вводиться в MWC через кварцевую пластину Т-образного соединителя.
Луч и жидкий образец вводятся в микрокристаллический циферблат (МКЦ) через Т-образный соединитель, а луч, проходящий через МКЦ, принимается фотодетектором. Растворы окрашенных или контрольных образцов попеременно вводятся в микрокристаллический циферблат (МКЦ) через трехходовой клапан. Согласно закону Бера, оптическую плотность окрашенного образца можно рассчитать по уравнению 1.10.
где Vcolor и Vblank — выходные сигналы фотодетектора при введении цветных и пустых образцов в MCC соответственно, а Vdark — фоновый сигнал фотодетектора при выключенном светодиоде. Изменение выходного сигнала ΔV = Vcolor–Vblank можно измерить путем переключения образцов. Согласно уравнению. Как показано на рисунке 1, если ΔV значительно меньше, чем Vblank–Vdark, при использовании схемы переключения выборки небольшие изменения Vblank (например, дрейф) могут мало влиять на значение AMWC.
Для сравнения характеристик фотометра на основе MWC с кюветным спектрофотометром в качестве образца цвета использовался раствор красных чернил, благодаря его превосходной цветовой стабильности и хорошей линейности зависимости концентрации от поглощения, а в качестве контрольного образца — деионизированная вода. Как показано в таблице 1, серия растворов красных чернил была приготовлена ​​методом последовательного разбавления с использованием деионизированной воды в качестве растворителя. Относительная концентрация образца 1 (S1), неразбавленной исходной красной краски, была определена как 1,0. На рисунке 2 показаны оптические фотографии 11 образцов красных чернил (S4–S14) с относительными концентрациями (указанными в таблице 1) в диапазоне от 8,0 × 10–3 (слева) до 8,2 × 10–10 (справа).
Результаты измерений для образца 6 показаны на рис. 3(а). Точки переключения между окрашенными и контрольными образцами отмечены на рисунке двойными стрелками «↔». Видно, что выходное напряжение быстро возрастает при переключении с окрашенных образцов на контрольные и наоборот. Vcolor, Vblank и соответствующее ΔV можно получить, как показано на рисунке.
(a) Результаты измерений для образца 6, (b) образца 9, (c) образца 13 и (d) образца 14 с использованием фотометра на основе MWC.
Результаты измерений для образцов 9, 13 и 14 показаны на рис. 3(b)-(d) соответственно. Как показано на рис. 3(d), измеренное ΔV составляет всего 5 нВ, что почти в 3 раза превышает значение шума (2 нВ). Малое ΔV трудно отличить от шума. Таким образом, предел обнаружения достиг относительной концентрации 8,2×10⁻¹⁰ (образец 14). С помощью уравнений 1. Абсорбцию AMWC можно рассчитать из измеренных значений Vcolor, Vblank и Vdark. Для фотодетектора с коэффициентом усиления 104 Vdark составляет -0,68 мкВ. Результаты измерений для всех образцов суммированы в таблице 1 и приведены в дополнительных материалах. Как показано в таблице 1, абсорбция, обнаруженная при высоких концентрациях, насыщается, поэтому абсорбцию выше 3,7 нельзя измерить с помощью спектрометров на основе MWC.
Для сравнения, образец красных чернил также был измерен с помощью спектрофотометра, и измеренное поглощение в кювете показано на рисунке 4. Значения поглощения в кювете при 505 нм (как показано в таблице 1) были получены путем сравнения с кривыми образцов 10, 11 или 12 (как показано на вставке к рис. 4) в качестве базовой линии. Как показано, предел обнаружения достиг относительной концентрации 2,56 × 10⁻⁶ (образец 9), поскольку кривые поглощения образцов 10, 11 и 12 были неотличимы друг от друга. Таким образом, при использовании фотометра на основе MWC предел обнаружения был улучшен в 3125 раз по сравнению со спектрофотометром на основе кюветы.
Зависимость поглощения от концентрации представлена ​​на рис. 5. При измерениях в кювете поглощение пропорционально концентрации чернил при длине оптического пути 1 см. В то время как при измерениях с использованием MWC наблюдалось нелинейное увеличение поглощения при низких концентрациях. Согласно закону Бера, поглощение пропорционально длине оптического пути, поэтому коэффициент усиления поглощения AEF (определяемый как AEF = AMWC/Acuvette при той же концентрации чернил) представляет собой отношение MWC к длине оптического пути кюветы. Как показано на рис. 5, при высоких концентрациях постоянный AEF составляет около 7,0, что является разумным, поскольку длина MWC ровно в 7 раз превышает длину кюветы 1 см. Однако при низких концентрациях (соответствующая концентрация <1,28 × 10⁻⁵) коэффициент AEF увеличивается с уменьшением концентрации и достигает значения 803 при соответствующей концентрации 8,2 × 10⁻¹⁰ путем экстраполяции кривой измерения с использованием кюветы. Однако при низких концентрациях (соответствующая концентрация <1,28 × 10⁻⁵) коэффициент AEF увеличивается с уменьшением концентрации и достигает значения 803 при соответствующей концентрации 8,2 × 10⁻¹⁰ путем экстраполяции кривой измерения с использованием кюветы. Однако при низкой концентрации (относительная концентрация <1,28 × 10–5) AEF увеличивается с уменьшением концентраций и может создавать значения 803 при относительной концентрации 8,2 × 10–10 при экстраполяции кривых измерений на основе кюветы. Однако при низких концентрациях (относительная концентрация <1,28 × 10–5) коэффициент аффинности калории (AEF) увеличивается с уменьшением концентрации и может достигать значения 803 при относительной концентрации 8,2 × 10–10 при экстраполяции кривой измерения с использованием кюветы.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 达到803 值。 Однако при низкой концентрации (релевантные батареи < 1,28 × 10-5) АЭП увеличивается с уменьшением цепей, а при экстраполяции кривых измерений на основе кюветы она достигает значений относительной цепи 8,2 × 10–10 803 . Однако при низких концентрациях (соответствующие концентрации < 1,28 × 10⁻⁵) эффективная доза облучения увеличивается с уменьшением концентрации, и при экстраполяции из кривой измерения с использованием кюветы она достигает значения относительной концентрации 8,2 × 10⁻¹⁰ 80³.В результате получается соответствующий оптический путь длиной 803 см (AEF × 1 см), что значительно превышает физическую длину MWC и даже превышает длину самого длинного коммерчески доступного LWC (500 см от World Precision Instruments, Inc.). Длина LWC от Doko Engineering LLC составляет 200 см. Такое нелинейное увеличение поглощения в LWC ранее не описывалось.
На рис. 6(а)-(с) показаны оптическое изображение, микроскопическое изображение и изображение, полученное с помощью оптического профилометра, внутренней поверхности участка МВК соответственно. Как показано на рис. 6(а), внутренняя поверхность гладкая и блестящая, способна отражать видимый свет и обладает высокой отражательной способностью. Как показано на рис. 6(б), из-за деформируемости и кристаллической природы металла на гладкой поверхности появляются небольшие выступы и неровности. Учитывая небольшую площадь (<5 мкм × 5 мкм), шероховатость большинства поверхностей составляет менее 1,2 нм (рис. 6(c)). Учитывая небольшую площадь (<5 мкм × 5 мкм), шероховатость большинства поверхностей составляет менее 1,2 нм (рис. 6(c)). Ввиду небольшого квадрата (<5 мкм×5 мкм) шероховатость большей части поверхности составляет менее 1,2 нм (рис. 6(в)). Из-за небольшой площади (<5 мкм × 5 мкм) шероховатость большей части поверхности составляет менее 1,2 нм (рис. 6(c)).1,2 нм (图6 (c)).1,2 нм (图6 (c)). Учитывая небольшую площадь (<5 мкм × 5 мкм), шероховатость большинства поверхностей составляет менее 1,2 нм (рис. 6(в)). Учитывая небольшую площадь (<5 мкм × 5 мкм), шероховатость большинства поверхностей составляет менее 1,2 нм (рис. 6(c)).
(a) Оптическое изображение, (b) микроскопическое изображение и (c) оптическое изображение внутренней поверхности среза MWC.
Как показано на рис. 7(а), оптический путь LOP в капилляре определяется углом падения θ (LOP = LC/sinθ, где LC — физическая длина капилляра). Для тефлоновых капилляров AF, заполненных деионизированной водой, угол падения должен быть больше критического угла 77,8°, поэтому LOP меньше 1,02 × LC без дальнейшего улучшения3,6. В то время как в случае с MWC локализация света внутри капилляра не зависит от показателя преломления или угла падения, поэтому по мере уменьшения угла падения световой путь может быть значительно длиннее длины капилляра (LOP » LC). Как показано на рис. 7(б), гофрированная металлическая поверхность может вызывать рассеяние света, что может значительно увеличить оптический путь.
Таким образом, для MWC существует два пути прохождения света: прямой свет без отражения (LOP = LC) и пилообразный свет с многократными отражениями между боковыми стенками (LOP » LC). Согласно закону Бера, интенсивность прошедшего прямого и зигзагообразного света может быть выражена как PS×exp(-α×LC) и PZ×exp(-α×LOP) соответственно, где константа α — коэффициент поглощения, который полностью зависит от концентрации чернил.
При использовании чернил высокой концентрации (например, при соответствующей концентрации >1,28 × 10⁻⁵) зигзагообразный свет сильно ослабляется, и его интенсивность значительно ниже, чем у прямого света, из-за большого коэффициента поглощения и гораздо большей длины оптического пути. При использовании чернил высокой концентрации (например, при соответствующей концентрации >1,28 × 10⁻⁵) зигзагообразный свет сильно ослабляется, и его интенсивность значительно ниже, чем у прямого света, из-за большого коэффициента поглощения и гораздо большей длины оптического пути. Для чернил с высокой концентрацией (например, относительная концентрация >1,28 × 10-5) зигзагообразный свет сильно затухает, и его получается намного ниже, чем у прямого света, из-за большого коэффициента концентрации и гораздо более длинного оптического излучения. При использовании чернил высокой концентрации (например, относительная концентрация >1,28×10⁻⁵) зигзагообразный свет сильно ослабляется, и его интенсивность значительно ниже, чем у прямого света, из-за большого коэффициента поглощения и гораздо большей длины оптического излучения.отслеживать.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, соответствующие заряды >1,28×10-5) зигзагообразный свет значительно уменьшается, и его происходит намного ниже, чем при прямом свете, из-за большого коэффициента отражения и более продолжительного оптического времени. Для чернил высокой концентрации (например, при соответствующих концентрациях >1,28×10⁻⁵) зигзагообразный свет значительно ослабляется, и его интенсивность намного ниже, чем у прямого света, из-за большого коэффициента поглощения и большего времени оптического воздействия.маленькая дорога.Таким образом, прямой свет играл доминирующую роль в определении поглощения (LOP=LC), а коэффициент усиления поглощения (AEF) поддерживался постоянным на уровне ~7,0. Напротив, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чернил (например, при соответствующей концентрации <1,28 × 10⁻⁵), интенсивность зигзагообразного света возрастает быстрее, чем интенсивность прямого света, и тогда зигзагообразный свет начинает играть более важную роль. Напротив, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чернил (например, при соответствующей концентрации <1,28 × 10⁻⁵), интенсивность зигзагообразного света возрастает быстрее, чем интенсивность прямого света, и тогда зигзагообразный свет начинает играть более важную роль. Напротив, когда коэффициент пропорциональности уменьшения с уменьшением концентрации (например, относительная концентрация <1,28×10-5), приводит к зигзагообразному свету, который увеличивается быстрее, чем при прямом свете, и затем начинает играть зигзагообразный свет. Напротив, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чернил (например, относительная концентрация <1,28×10⁻⁵), интенсивность зигзагообразного света возрастает быстрее, чем интенсивность прямого света, и тогда начинается зигзагообразное свечение.более важная роль.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,Z字形光开始发挥作用一个更重要的角色。相反 ， 当 吸收 系数 随着 墨水 的 降低 而 降低 时 例如 例如 ， 相关 浓度 浓度 <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 ПРИВЕТ 角色。 И наоборот, когда коэффициент уменьшения концентрации с уменьшением концентрации (например, соответствующая концентрация < 1,28×10-5), приводит к увеличению зигзагообразного света быстрее, чем к прямому, и тогда зигзагообразные начала света играют более важную роль. И наоборот, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чернил (например, соответствующая концентрация < 1,28×10⁻⁵), интенсивность зигзагообразного света возрастает быстрее, чем интенсивность прямого света, и тогда зигзагообразный свет начинает играть более важную роль.персонаж роли.Таким образом, благодаря пилообразному оптическому пути (LOP » LC), коэффициент усиления по амплитуде (AEF) может быть увеличен значительно более чем до 7,0. Точные характеристики светопропускания MWC могут быть получены с использованием теории волноводных мод.
Помимо улучшения оптического пути, быстрое переключение образцов также способствует достижению сверхнизких пределов обнаружения. Благодаря малому объему микрокристаллической целлюлозы (0,16 мл) время, необходимое для переключения и смены растворов в микрокристаллической целлюлозе, может составлять менее 20 секунд. Как показано на рисунке 5, минимальное обнаруживаемое значение AMWC (2,5 × 10⁻⁴) в 4 раза ниже, чем у Acuvette (1,0 × 10⁻³). Быстрое переключение потока раствора в капилляре снижает влияние системного шума (например, дрейфа) на точность определения разницы поглощения по сравнению с удерживающим раствором в кювете. Например, как показано на рис. 3(b)-(d), ΔV легко отличить от сигнала дрейфа благодаря быстрому переключению образцов в капилляре малого объема.
Как показано в таблице 2, был приготовлен ряд растворов глюкозы различной концентрации с использованием деионизированной воды в качестве растворителя. Окрашенные или контрольные образцы были приготовлены путем смешивания раствора глюкозы или деионизированной воды с хромогенными растворами глюкозооксидазы (ГОД) и пероксидазы (ПОД) 37 в фиксированном объемном соотношении 3:1 соответственно. На рис. 8 показаны оптические фотографии девяти окрашенных образцов (S2-S10) с концентрациями глюкозы от 2,0 мМ (слева) до 5,12 нМ (справа). Красота уменьшается с уменьшением концентрации глюкозы.
Результаты измерений образцов 4, 9 и 10 с помощью фотометра на основе MWC показаны на рис. 9(a)-(c) соответственно. Как показано на рис. 9(c), измеренное ΔV становится менее стабильным и медленно увеличивается в процессе измерения, поскольку цвет самого реагента GOD-POD (даже без добавления глюкозы) медленно изменяется на свету. Таким образом, последовательные измерения ΔV нельзя повторять для образцов с концентрацией глюкозы менее 5,12 нМ (образец 10), поскольку, когда ΔV достаточно мало, нестабильностью реагента GOD-POD уже нельзя пренебречь. Следовательно, предел обнаружения для раствора глюкозы составляет 5,12 нМ, хотя соответствующее значение ΔV (0,52 мкВ) значительно больше значения шума (0,03 мкВ), что указывает на возможность обнаружения даже небольшого ΔV. Этот предел обнаружения можно дополнительно улучшить, используя более стабильные хромогенные реагенты.
(a) Результаты измерений для образца 4, (b) образца 9 и (c) образца 10 с использованием фотометра на основе MWC.
Абсорбцию AMWC можно рассчитать, используя измеренные значения Vcolor, Vblank и Vdark. Для фотодетектора с коэффициентом усиления 105 Vdark составляет -0,068 мкВ. Измерения для всех образцов приведены в дополнительных материалах. Для сравнения образцы глюкозы также были измерены с помощью спектрофотометра, и измеренная абсорбция Acuvette достигла предела обнаружения 0,64 мкМ (образец 7), как показано на рисунке 10.
Зависимость поглощения от концентрации представлена ​​на рисунке 11. С помощью фотометра на основе MWC было достигнуто 125-кратное улучшение предела обнаружения по сравнению со спектрофотометром на основе кюветы. Это улучшение ниже, чем при использовании красных чернил, из-за низкой стабильности реагента GOD-POD. Также наблюдалось нелинейное увеличение поглощения при низких концентрациях.
Фотометр на основе микротрубок (МВ) разработан для сверхчувствительного обнаружения жидких образцов. Оптический путь может быть значительно увеличен и намного длиннее физической длины МВ, поскольку свет, рассеянный гофрированными гладкими металлическими боковыми стенками, может удерживаться внутри капилляра независимо от угла падения. Благодаря новому нелинейному оптическому усилению, быстрому переключению образцов и обнаружению глюкозы, можно достичь концентраций до 5,12 нМ, используя обычные реагенты GOD-POD. Этот компактный и недорогой фотометр будет широко использоваться в биологических науках и мониторинге окружающей среды для анализа следовых количеств веществ.
Как показано на рисунке 1, фотометр на основе микрокристаллического кварца (МКВ) состоит из микрокристаллического кварца длиной 7 см (внутренний диаметр 1,7 мм, внешний диаметр 3,18 мм, внутренняя поверхность с электрополировкой класса EP, капилляр из нержавеющей стали SUS316L), светодиода с длиной волны 505 нм (Thorlabs M505F1) и линз (угол рассеивания луча около 6,6 градуса), фотодетектора с переменным коэффициентом усиления (Thorlabs PDB450C) и двух Т-образных соединителей для оптической связи и ввода/вывода жидкости. Т-образный соединитель изготовлен путем приклеивания прозрачной кварцевой пластины к трубке из ПММА, в которую плотно вставлены и приклеены трубки из МКВ и ПЭЭК (внутренний диаметр 0,72 мм, внешний диаметр 1,6 мм, Vici Valco Corp.). Трехходовой клапан, соединенный с входной трубкой ПЭЭК, используется для переключения входящего образца. Фотодетектор может преобразовывать принимаемую оптическую мощность P в усиленный сигнал напряжения N×V (где V/P = 1,0 В/Вт при 1550 нм, коэффициент усиления N можно регулировать вручную в диапазоне 10³-10⁷). Для краткости в качестве выходного сигнала вместо N×V используется V.
Для сравнения, для измерения абсорбции жидких образцов также использовался коммерческий спектрофотометр (Agilent Technologies Cary 300 series с высокоэффективным фотоумножителем R928) с кюветой объемом 1,0 см³.
Внутреннюю поверхность среза MWC исследовали с помощью оптического профилометра поверхности (ZYGO New View 5022) с вертикальным и латеральным разрешением 0,1 нм и 0,11 мкм соответственно.
Все химические реактивы (аналитической чистоты, без дополнительной очистки) были приобретены у компании Sichuan Chuangke Biotechnology Co., Ltd. Наборы для определения глюкозы включают глюкозооксидазу (GOD), пероксидазу (POD), 4-аминоантипирин и фенол и др. Хромогенный раствор был приготовлен обычным методом GOD-POD 37.
Как показано в таблице 2, был приготовлен ряд растворов глюкозы различной концентрации с использованием деионизированной воды в качестве разбавителя методом серийного разведения (подробности см. в дополнительных материалах). Окрашенные или контрольные образцы готовили путем смешивания раствора глюкозы или деионизированной воды с хромогенным раствором в фиксированном объемном соотношении 3:1 соответственно. Все образцы хранили при 37°C в защищенном от света месте в течение 10 минут перед измерением. В методе GOD-POD окрашенные образцы приобретают красный цвет с максимумом поглощения при 505 нм, причем поглощение практически пропорционально концентрации глюкозы.
Как показано в таблице 1, серия растворов красных чернил (Ostrich Ink Co., Ltd., Тяньцзинь, Китай) была приготовлена ​​методом последовательного разбавления с использованием деионизированной воды в качестве растворителя.
Как цитировать эту статью: Бай, М. и др. Компактный фотометр на основе капилляров с металлическими волноводами: для определения наномолярных концентраций глюкозы. The Science. 5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
Дресс, П. и Франке, Х. Повышение точности анализа жидкостей и контроля значения pH с помощью волновода с жидкостным сердечником. Дресс, П. и Франке, Х. Повышение точности анализа жидкостей и контроля значения pH с помощью волновода с жидкостным сердечником.Дресс, П. и Франке, Х. Повышение точности анализа жидкостей и контроля pH с помощью волновода с жидкостным сердечником. Дресс, П. и Франке, Х. Платье, П. и Франке, Х. 使用液芯波导提高液体分析和pHДресс, П. и Франке, Х. Повышение точности анализа жидкостей и контроля pH с помощью волноводов с жидкостным сердечником.Переключитесь на науку. метр. 68, 2167–2171 (1997).
Ли, Ц.П., Чжан, Дж.-З., Миллеро, Ф.Дж. и Ханселл, Д.А. Непрерывное колориметрическое определение следовых количеств аммония в морской воде с помощью капиллярной ячейки с жидкостным волноводом и длинным путем распространения сигнала. Ли, Ц.П., Чжан, Дж.-З., Миллеро, Ф.Дж. и Ханселл, Д.А. Непрерывное колориметрическое определение следовых количеств аммония в морской воде с помощью капиллярной ячейки с жидкостным волноводом и длинным путем распространения сигнала.Ли, КП, Чжан, Дж.-З., Миллеро, Ф.Дж. и Хансел, Д.А. Непрерывное колориметрическое определение следовых количеств аммония в морской воде с использованием капиллярной ячейки с жидкостным волноводом. Ли, К.П., Чжан, Дж.-З., Миллеро, Ф.Дж. и Ханселл, Д.А. Ли, К.П., Чжан, Ж.-З., Миллеро, Ф.Дж. и Ханселл, Д.А.Ли, КП, Чжан, Дж.-З., Миллеро, Ф.Дж. и Хансел, Д.А. Непрерывное колориметрическое определение следовых количеств аммония в морской воде с использованием капилляров с жидкостными волноводами большой протяженности.Химия в марте. 96, 73–85 (2005).
Паскоа, РНМЖ, Тот, И.В. и Рангель, АОСС. Обзор последних применений капиллярной ячейки с жидкостным волноводом в методах анализа на основе потока для повышения чувствительности спектроскопических методов обнаружения. Паскоа, РНМЖ, Тот, И.В. и Рангель, АОСС. Обзор последних применений капиллярной ячейки с жидкостным волноводом в методах анализа на основе потока для повышения чувствительности спектроскопических методов обнаружения.Паскоа, РНМЖ, Тот, И.В. и Рангел, АОСС. Обзор последних применений капиллярной ячейки с жидкостным волноводом в методах проточного анализа для повышения чувствительности спектроскопических методов обнаружения. Паскоа, RNMJ, Тот, IV и Ранхель, AOSS回顾液体波导毛细管单元在基于流动的分析技术中的最新应用,以提高光谱检测方法的灵敏度。 Páscoa, rnmj, tóth, IV & rangel, aoss 回顾 液体 毛细管 单元 在 基于 的 分析 技术 中 的 最新 ， 以 提高检测 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Паскоа, РНМЖ, Тот, И.В. и Рангел, АОСС. Обзор последних применений капиллярных ячеек с жидкостными волноводами в аналитических методах на основе потока для повышения чувствительности спектроскопических методов обнаружения.анус. Хим. Акт 739, 1-13 (2012).
Вэнь, Т., Гао, Дж., Чжан, Дж., Бянь, Б. и Шен, Дж. Исследование толщины пленок Ag и AgI в капилляре полых волноводов. Вэнь, Т., Гао, Дж., Чжан, Дж., Бянь, Б. и Шен, Дж. Исследование толщины пленок Ag и AgI в капилляре полых волноводов.Вэнь Т., Гао Дж., Чжан Дж., Бянь Б. и Шэнь Дж. Исследование толщины пленок Ag, AgI в капиллярах для полых волноводов. Вэнь Т., Гао Дж., Чжан Дж., Бянь Б. и Шен Дж. 中空波导毛细管中Ag、AgI 薄膜厚度的研究. Вэнь, Т., Гао, Дж., Чжан, Дж., Бянь, Б. и Шен, Дж. Исследование толщины тонких пленок Ag и AgI в воздуховоде.Вэнь Т., Гао Дж., Чжан Дж., Бянь Б. и Шэнь Дж. Исследование толщины тонких пленок Ag и AgI в капиллярах полых волноводов.Инфракрасная физика. технология 42, 501–508 (2001).
Гимберт, Л. Дж., Хейгарт, П. М. и Уорсфолд, П. Дж. Определение наномолярных концентраций фосфата в природных водах с использованием проточной инжекции с капиллярной ячейкой с жидким волноводом большой длины пути и твердотельного спектрофотометрического детектирования. Гимберт, Л. Дж., Хейгарт, П. М. и Уорсфолд, П. Дж. Определение наномолярных концентраций фосфата в природных водах с использованием проточной инжекции с капиллярной ячейкой с жидким волноводом большой длины пути и твердотельного спектрофотометрического детектирования.Гимберт, Л. Дж., Хейгарт, П. М. и Уорсфолд, П. Дж. Определение наномолярных концентраций фосфатов в природных водах с использованием проточной инжекции с капиллярной ячейкой с жидкостным волноводом и твердотельного спектрофотометрического детектирования. Гимберт, Эл.Дж., Хейгарт, П.М. и Уорсфолд, П.Дж.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。 Гимберт, Л. Дж., Хейгарт, П. М. и Уорсфолд, П. Дж. Определение концентрации фосфатов в природных водах с помощью жидкостного шприца и капиллярной трубки с длинноволновым жидкостным волноводом.Гимберт, Л. Дж., Хейгарт, П. М. и Уорсфолд, П. Дж. Определение наномолярных концентраций фосфата в природной воде с использованием инжекционного потока и капиллярного волновода с длинным оптическим путем и твердотельной спектрофотометрической детекцией.Таранта 71, 1624–1628 (2007).
Бельц, М., Дресс, П., Сухицкий, А. и Лю, С. Линейность и эффективная оптическая длина пути капиллярных ячеек с жидкостным волноводом. Бельц, М., Дресс, П., Сухицкий, А. и Лю, С. Линейность и эффективная оптическая длина пути капиллярных ячеек с жидкостным волноводом.Бельц М., Дресс П., Сухицкий А. и Лю С. Линейность и эффективная длина оптического пути в жидкостных волноводах в капиллярных ячейках. Белз М., Дресс П., Сухицкий А. и Лю С. Бельц, М., Дресс, П., Сухицкий, А. и Лю, С. Линейность и эффективная длина жидкой воды.Бельц М., Дресс П., Сухицкий А. и Лю С. Линейная и эффективная длина оптического пути в жидкостной волне капиллярной ячейки.SPIE 3856, 271–281 (1999).
Даллас, Т. и Дасгупта, П. К. Свет в конце туннеля: недавние аналитические применения волноводов с жидкостным сердечником. Даллас, Т. и Дасгупта, П. К. Свет в конце туннеля: недавние аналитические применения волноводов с жидкостным сердечником.Даллас, Т. и Дасгупта, П. К. Свет в конце туннеля: недавние аналитические применения волноводов с жидкостным сердечником. Даллас Т. и Дасгупта П.К. Свет в конце туннеля. Даллас Т. и Дасгупта П.К. Свет в конце туннеля.Даллас, Т. и Дасгупта, П. К. Свет в конце туннеля: новейшее аналитическое применение волноводов с жидкостным сердечником.TrAC, анализ тенденций. Химический. 23, 385–392 (2004).
Эллис, П.С., Джентл, Б.С., Грейс, М.Р. и Маккелви, И.Д. Универсальная фотометрическая ячейка для обнаружения полного внутреннего отражения при анализе потока. Эллис, П.С., Джентл, Б.С., Грейс, М.Р. и Маккелви, И.Д. Универсальная фотометрическая ячейка для обнаружения полного внутреннего отражения при анализе потока.Эллис, П.С., Джентл, Б.С., Грейс, М.Р. и Маккелви, И.Д. Универсальная фотометрическая ячейка полного внутреннего отражения для анализа потока. Эллис, П.С., Джентл, Б.С., Грейс, М.Р. и Маккелви, ID. Эллис, П.С., Джентл, Б.С., Грейс, М.Р. и Маккелви, АйдахоЭллис, П.С., Джентл, Б.С., Грейс, М.Р. и Маккелви, И.Д. Универсальная фотометрическая ячейка TIR для проточного анализа.Таранта 79, 830–835 (2009).
Эллис, П.С., Лидди-Мини, А.Дж., Уорсфолд, П.Дж. и Маккелви, И.Д. Многоотражательная фотометрическая проточная ячейка для использования в проточно-инжекционном анализе эстуарных вод. Эллис, П.С., Лидди-Мини, А.Дж., Уорсфолд, П.Дж. и Маккелви, И.Д. Многоотражательная фотометрическая проточная ячейка для использования в проточно-инжекционном анализе эстуарных вод.Эллис, П.С., Лидди-Минни, А.Дж., Уорсфолд, П.Дж. и Маккелви, И.Д. Многоотражательная фотометрическая проточная ячейка для использования в анализе потока эстуарных вод. Эллис, П.С., Лидди-Мини, А.Дж., Уорсфолд, П.Дж. и МакКелви, ID. Эллис, П.С., Лидди-Мини, Эй-Джей, Уорсфолд, П.Дж. и Маккелви, Айдахо.Эллис, П.С., Лидди-Минни, А.Дж., Уорсфолд, П.Дж. и Маккелви, И.Д. Многоотражательная фотометрическая проточная ячейка для проточного анализа в эстуарных водах.анус хим. Акта 499, 81–89 (2003).
Пан, Дж.-З., Яо, Б. и Фанг, Ц. Портативный фотометр на основе детектирования поглощения в волноводе с жидкостным сердечником для образцов нанолитрового масштаба. Пан, Дж.-З., Яо, Б. и Фанг, Ц. Портативный фотометр на основе детектирования поглощения в волноводе с жидкостным сердечником для образцов нанолитрового масштаба.Пан, Дж.-З., Яо, Б. и Фанг, К. Портативный фотометр, основанный на детектировании поглощения длины волны с помощью жидкостного сердечника для образцов нанолитрового масштаба. Пан, Дж.-З., Яо, Б. и Фанг, К. Пан Ж.-З., Яо Б. и Фанг К. На основе 液芯波波水水水油法的纳法手手手持光度计.Пан, Дж.-З., Яо, Б. и Фанг, К. Портативный фотометр с наноразмерным образцом, основанный на обнаружении поглощения в волновом потоке в жидком ядре.anus Chemical. 82, 3394–3398 (2010).
Чжан, Дж.-З. Повышение чувствительности анализа инжекционного потока за счет использования капиллярной проточной ячейки с длинным оптическим путем для спектрофотометрического обнаружения. anus. the science. 22, 57–60 (2006).
Д'Са, Э.Дж. и Стюард, Р.Г. Применение жидкостных капиллярных волноводов в абсорбционной спектроскопии (Ответ на комментарий Бирна и Кальтенбахера). Д'Са, Э.Дж. и Стюард, Р.Г. Применение жидкостных капиллярных волноводов в абсорбционной спектроскопии (Ответ на комментарий Бирна и Кальтенбахера).Д'Са, Э.Дж. и Стюард, Р.Г. Применение жидкостных капиллярных волноводов в абсорбционной спектроскопии (Ответ на комментарии Бирна и Кальтенбахера). Д'Са, Э.Дж. и Стюард, Р.Г. Д'Са, Э.Дж. и Стюард, Р.Г. Применение жидкостного спектра поглощения (Бирн и Кальтенбахер).Д'Са, Э.Дж. и Стюард, Р.Г. Жидкокристаллические капиллярные волноводы для абсорбционной спектроскопии (в ответ на комментарии Бирна и Кальтенбахера).лимонол. Океанограф. 46, 742–745 (2001).
Хиджвания, СК и Гупта, БД. Волоконно-оптический датчик поглощения эванесцентного поля: влияние параметров волокна и геометрии зонда. Хиджвания, СК и Гупта, БД. Волоконно-оптический датчик поглощения эванесцентного поля: влияние параметров волокна и геометрии зонда.Хиджвания, СК и Гупта, БД. Волоконно-оптический датчик поглощения эванесцентного поля: влияние параметров волокна и геометрии зонда. Хиджвания, СК и Гупта, BD. Хиджвания, СК и Гупта, БДХиджвания, СК и Гупта, БД. Волоконно-оптические датчики с поглощением эванесцентного поля: влияние параметров волокна и геометрии зонда.Оптика и квантовая электроника 31, 625–636 (1999).
Биедржицкий, С., Бурич, М.П., ​​Фальк, Дж. и Вудрафф, С.Д. Угловой выходной сигнал рамановских датчиков на основе полых волноводов с металлической облицовкой. Биедржицкий, С., Бурич, М.П., ​​Фальк, Дж. и Вудрафф, С.Д. Угловой выходной сигнал рамановских датчиков на основе полых волноводов с металлической облицовкой.Беджитский, С., Бурич, М.П., ​​Фальк, Дж. и Вудрафф, С.Д. Угловой выходной сигнал рамановских датчиков с полыми волноводами и металлической облицовкой. Беджицкий С., Бурич М.П., ​​Фальк Дж. и Вудрафф С.Д. Беджицкий С., Бурич М.П., ​​Фальк Дж. и Вудрафф С.Д.Беджитский, С., Бурич, М.П., ​​Фальк, Дж. и Вудрафф, С.Д. Угловой выходной сигнал рамановского датчика с открытым металлическим волноводом.заявка на выбор 51, 2023-2025 (2012).
Харрингтон, Дж. А. Обзор полых волноводов для передачи ИК-излучения. Интеграция волокон. Выбор. 19, 211–227 (2000).