Ďakujeme za návštevu stránky Nature.com. Verzia prehliadača, ktorú používate, má obmedzenú podporu CSS. Pre dosiahnutie čo najlepšieho zážitku odporúčame používať aktualizovaný prehliadač (alebo vypnúť režim kompatibility v prehliadači Internet Explorer). Medzitým budeme stránku vykresľovať bez štýlov a JavaScriptu, aby sme zabezpečili nepretržitú podporu.
Stopová analýza kvapalných vzoriek má široké uplatnenie v biologických vedách a monitorovaní životného prostredia. V tejto práci sme vyvinuli kompaktný a lacný fotometer založený na kovových vlnovodných kapilárach (MCC) na ultracitlivé stanovenie absorpcie. Optická dráha sa dá výrazne zväčšiť a byť oveľa dlhšia ako fyzická dĺžka MWC, pretože svetlo rozptýlené vlnitými hladkými kovovými bočnými stenami môže byť zachytené v kapiláre bez ohľadu na uhol dopadu. Koncentrácie nízke až do 5,12 nM je možné dosiahnuť pomocou bežných chromogénnych činidiel vďaka novej nelineárnej optickej amplifikácii a rýchlemu prepínaniu vzoriek a detekcii glukózy.
Fotometria sa široko používa na stopovú analýzu kvapalných vzoriek kvôli množstvu dostupných chromogénnych činidiel a polovodičových optoelektronických zariadení1,2,3,4,5. V porovnaní s tradičným stanovením absorbancie na báze kyviet, kapiláry kvapalinového vlnovodu (LWC) odrážajú (TIR) ​​udržiavaním svetla sondy vo vnútri kapiláry1,2,3,4,5. Bez ďalšieho zlepšenia je však optická dráha blízka iba fyzickej dĺžke LWC3,6 a zväčšenie dĺžky LWC nad 1,0 m bude trpieť silným útlmom svetla a vysokým rizikom bublín atď.3,7. Pokiaľ ide o navrhovanú viacnásobnú reflexnú celu na zlepšenie optickej dráhy, detekčný limit sa zlepší iba faktorom 2,5 – 8,9.
V súčasnosti existujú dva hlavné typy LWC, a to teflónové AF kapiláry (s indexom lomu iba ~1,3, čo je menej ako u vody) a kremičité kapiláry potiahnuté teflónom AF alebo kovovými filmami1,3,4. Na dosiahnutie TIR na rozhraní medzi dielektrickými materiálmi sú potrebné materiály s nízkym indexom lomu a vysokými uhlami dopadu svetla3,6,10. Pokiaľ ide o teflónové AF kapiláry, teflón AF je priedušný vďaka svojej pórovitej štruktúre3,11 a dokáže absorbovať malé množstvá látok vo vzorkách vody. Pri kremenných kapilárach potiahnutých zvonku teflónom AF alebo kovom je index lomu kremeňa (1,45) vyšší ako u väčšiny kvapalných vzoriek (napr. 1,33 pre vodu)3,6,12,13. Pri kapilárach potiahnutých kovovým filmom vo vnútri boli študované transportné vlastnosti14,15,16,17,18, ale proces poťahovania je komplikovaný, povrch kovového filmu má drsnú a pórovitú štruktúru4,19.
Okrem toho majú komerčné LWC (AF Teflon Coated Capillaries a AF Teflon Coated Silica Capillaries, World Precision Instruments, Inc.) aj niektoré ďalšie nevýhody, ako napríklad: pre poruchy. . Veľký mŕtvy objem T-konektora TIR3,10,(2) (na pripojenie kapilár, vlákien a vstupných/výstupných trubíc) môže zachytávať vzduchové bubliny10.
Zároveň má stanovenie hladín glukózy veľký význam pre diagnostiku cukrovky, cirhózy pečene a duševných chorôb20 a mnoho detekčných metód, ako je fotometria (vrátane spektrofotometrie21, 22, 23, 24, 25 a kolorimetrie na papieri26, 27, 28), galvanometria29, 30, 31, fluorometria32, 33, 34, 35, optická polarimetria36, povrchová plazmónová rezonancia37, Fabry-Perotova dutina38, elektrochémia39 a kapilárna elektroforéza40,41 atď. Väčšina týchto metód však vyžaduje drahé vybavenie a detekcia glukózy pri niekoľkých nanomolárnych koncentráciách zostáva výzvou (napríklad pri fotometrických meraniach21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28 najnižšia koncentrácia glukózy). obmedzenie bolo iba 30 nM, keď sa ako napodobeniny peroxidázy použili nanočastice pruskej modrej). Nanomolárne analýzy glukózy sú často potrebné pre bunkové štúdie na molekulárnej úrovni, ako je inhibícia rastu rakoviny prostaty u ľudí42 a správanie Prochlorococcus pri fixácii CO2 v oceáne.
V tomto článku bol vyvinutý kompaktný a lacný fotometer založený na kovovej vlnovodnej kapiláre (MWC), kapiláre z nehrdzavejúcej ocele SUS316L s elektrolyticky lešteným vnútorným povrchom, na ultracitlivé stanovenie absorpcie. Keďže svetlo môže byť zachytené vo vnútri kovových kapilár bez ohľadu na uhol dopadu, optická dráha sa dá výrazne zväčšiť rozptylom svetla na vlnitých a hladkých kovových povrchoch a je oveľa dlhšia ako fyzická dĺžka MWC. Okrem toho bol navrhnutý jednoduchý T-konektor pre optické pripojenie a vstup/výstup kvapaliny, aby sa minimalizoval mŕtvy objem a zabránilo sa zachytávaniu bublín. Pri 7 cm MWC fotometri sa detekčný limit zlepšil približne 3000-krát v porovnaní s komerčným spektrofotometrom s 1 cm kyvetou vďaka novému vylepšeniu nelineárnej optickej dráhy a rýchlemu prepínaniu vzoriek a je možné dosiahnuť aj koncentráciu glukózy na detekciu iba 5,12 nM pomocou bežných chromogénnych činidiel.
Ako je znázornené na obrázku 1, fotometer založený na MWC pozostáva z 7 cm dlhého MWC s elektrolyticky lešteným vnútorným povrchom EP triedy, 505 nm LED s šošovkou, fotodetektora s nastaviteľným ziskom a dvoch pre optické prepojenie a vstup kvapaliny. Výstup. Trojcestný ventil pripojený k vstupnej trubici Pike sa používa na prepínanie prichádzajúcej vzorky. Trubica Peek tesne prilieha k kremennej platni a MWC, takže mŕtvy objem v T-konektore je minimalizovaný, čím sa účinne zabraňuje zachytávaniu vzduchových bublín. Okrem toho je možné kolimovaný lúč ľahko a efektívne zaviesť do MWC cez kremennú platňu s T-kusom.
Lúč a kvapalná vzorka sa zavádzajú do MCC cez T-kus a lúč prechádzajúci cez MCC je prijímaný fotodetektorom. Prichádzajúce roztoky zafarbených alebo slepých vzoriek sa striedavo zavádzali do ICC cez trojcestný ventil. Podľa Beerovho zákona možno optickú hustotu zafarbenej vzorky vypočítať z rovnice. 1.10
kde Vcolor a Vblank sú výstupné signály fotodetektora, keď sa do MCC zavedú farebné a slepé vzorky, a Vdark je signál pozadia fotodetektora, keď je LED dióda vypnutá. Zmenu výstupného signálu ΔV = Vcolor–Vblank je možné merať prepínaním vzoriek. Podľa rovnice. Ako je znázornené na obrázku 1, ak je ΔV oveľa menšie ako Vblank–Vdark, pri použití schémy prepínania vzoriek môžu mať malé zmeny Vblank (napr. drift) malý vplyv na hodnotu AMWC.
Na porovnanie výkonu fotometra založeného na MWC so spektrofotometrom založeným na kyvetách bol ako farebná vzorka použitý roztok červeného atramentu kvôli jeho vynikajúcej farebnej stabilite a dobrej linearite koncentrácie a absorbancie, DI H2O ako slepá vzorka. Ako je uvedené v tabuľke 1, séria roztokov červeného atramentu bola pripravená metódou sériového riedenia s použitím DI H2O ako rozpúšťadla. Relatívna koncentrácia vzorky 1 (S1), neriedenej pôvodnej červenej farby, bola stanovená ako 1,0. Na obr. Obrázok 2 zobrazuje optické fotografie 11 vzoriek červeného atramentu (S4 až S14) s relatívnymi koncentráciami (uvedenými v tabuľke 1) v rozsahu od 8,0 × 10–3 (vľavo) do 8,2 × 10–10 (vpravo).
Výsledky meraní pre vzorku 6 sú znázornené na obr. 3(a). Body prepínania medzi zafarbenými a slepými vzorkami sú na obrázku označené dvojitými šípkami „↔“. Je vidieť, že výstupné napätie sa rýchlo zvyšuje pri prepínaní z farebných vzoriek na slepé vzorky a naopak. Vcolor, Vblank a zodpovedajúce ΔV je možné získať, ako je znázornené na obrázku.
(a) Výsledky merania vzorky 6, (b) vzorky 9, (c) vzorky 13 a (d) vzorky 14 pomocou fotometra založeného na MWC.
Výsledky meraní pre vzorky 9, 13 a 14 sú znázornené na obr. 3(b)-(d). Ako je znázornené na obrázku 3(d), nameraná hodnota ΔV je iba 5 nV, čo je takmer 3-násobok hodnoty šumu (2 nV). Malú hodnotu ΔV je ťažké odlíšiť od šumu. Limit detekcie teda dosiahol relatívnu koncentráciu 8,2 × 10⁻⁹ (vzorka 14). Pomocou rovníc 1. Absorbanciu AMWC možno vypočítať z nameraných hodnôt Vcolor, Vblank a Vdark. Pre fotodetektor so ziskom 10⁻⁴ je Vdark -0,68 μV. Výsledky meraní pre všetky vzorky sú zhrnuté v tabuľke 1 a možno ich nájsť v doplnkovom materiáli. Ako je znázornené v tabuľke 1, absorbancia zistená pri vysokých koncentráciách je nasýtená, takže absorbanciu nad 3,7 nemožno merať pomocou spektrometrov založených na MWC.
Pre porovnanie bola vzorka červeného atramentu tiež meraná spektrofotometrom a nameraná absorbancia Acuvette je znázornená na obrázku 4. Hodnoty Acuvette pri 505 nm (ako je znázornené v tabuľke 1) boli získané na základe kriviek vzoriek 10, 11 alebo 12 (ako je znázornené vo vložke) porovnaných s obr. 4) ako základnej línie. Ako je znázornené, detekčný limit dosiahol relatívnu koncentráciu 2,56 x 10-6 (vzorka 9), pretože absorpčné krivky vzoriek 10, 11 a 12 boli od seba nerozoznateľné. Pri použití fotometra založeného na MWC sa teda detekčný limit zlepšil 3125-násobne v porovnaní so spektrofotometrom založeným na kyvete.
Závislosť absorpcie od koncentrácie je znázornená na obr. 5. Pri meraniach v kyvete je absorbancia úmerná koncentrácii atramentu pri dĺžke dráhy 1 cm. Zatiaľ čo pri meraniach založených na MWC sa pri nízkych koncentráciách pozoroval nelineárny nárast absorbancie. Podľa Beerovho zákona je absorbancia úmerná dĺžke optickej dráhy, takže absorpčný zisk AEF (definovaný ako AEF = AMWC/Acuvette pri rovnakej koncentrácii atramentu) je pomer MWC k dĺžke optickej dráhy kyvety. Ako je znázornené na obrázku 5, pri vysokých koncentráciách je konštanta AEF okolo 7,0, čo je rozumné, pretože dĺžka MWC je presne 7-krát väčšia ako dĺžka 1 cm kyvety. Avšak pri nízkych koncentráciách (súvisiaca koncentrácia <1,28 × 10⁻⁶) sa AEF zvyšuje s klesajúcou koncentráciou a pri súvisiacej koncentrácii 8,2 × 10⁻⁶ by dosiahol hodnotu 803 extrapoláciou krivky merania na základe kyvety. Avšak pri nízkych koncentráciách (súvisiaca koncentrácia <1,28 × 10⁻⁶) sa AEF zvyšuje s klesajúcou koncentráciou a pri súvisiacej koncentrácii 8,2 × 10⁻⁶ by dosiahol hodnotu 803 extrapoláciou krivky merania na základe kyvety. Однако при низких концентрациях (относительная концентрация <1,28 × 10–5) AEF увеличивае уменьшением концентрации a может достигать значения 803 при относительной к108202е при экстраполяции кривой измерения на основе кюветы. Avšak pri nízkych koncentráciách (relatívna koncentrácia <1,28 × 10–5) sa AEF zvyšuje s klesajúcou koncentráciou a môže dosiahnuť hodnotu 803 pri relatívnej koncentrácii 8,2 × 10–10, keď sa extrapoluje z meracej krivky založenej na kyvete.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，在相关浓固关浓固0关浓固0关浓时将达到803 的值。然而 ， 在 低 浓度 （相关 浓度 <1,28 × 10-5） ， ， AEF 随着 的 降低 耶喸 忶忌 䖤怎 ​​忶忌 䖤怎 ​​忶忌 䖤怎基于 比色皿 测量 曲线 ， 在 浓度 为 8,2 × 10-10 时 达到 达到 达到 达到 803 达到 込 Однако при низких концентрациях (релевантные концентрации < 1,28 × 10-5) АЭП увелисчива уменьшением концентрации, и при экстраполяции кривой измерения на основе кютиветы онгетионами значения относительной концентрации 8,2 × 10–10 803 . Avšak pri nízkych koncentráciách (relevantné koncentrácie < 1,28 × 10-5) sa AED zvyšuje s klesajúcou koncentráciou a po extrapolácii z meracej krivky založenej na kyvete dosahuje relatívnu hodnotu koncentrácie 8,2 × 10–10 803.Výsledkom je zodpovedajúca optická dráha 803 cm (AEF × 1 cm), ktorá je oveľa dlhšia ako fyzická dĺžka MWC a dokonca dlhšia ako najdlhšia komerčne dostupná LWC (500 cm od World Precision Instruments, Inc.). Doko Engineering LLC má dĺžku 200 cm. Toto nelineárne zvýšenie absorpcie v LWC nebolo doteraz hlásené.
Na obr. 6(a)-(c) je znázornený optický obraz, mikroskopický obraz a optický profilový obraz vnútorného povrchu MWC sekcie. Ako je znázornené na obr. 6(a), vnútorný povrch je hladký a lesklý, dokáže odrážať viditeľné svetlo a je vysoko reflexný. Ako je znázornené na obr. 6(b), v dôsledku deformovateľnosti a kryštalickej povahy kovu sa na hladkom povrchu objavujú malé prehyby a nerovnosti. Vzhľadom na malú plochu (<5 μm × 5 μm) je drsnosť väčšiny povrchu menšia ako 1,2 nm (obr. 6(c)). Vzhľadom na malú plochu (<5 μm × 5 μm) je drsnosť väčšiny povrchu menšia ako 1,2 nm (obr. 6(c)). Ввиду малой площади (<5 мкм × 5 мкм) шероховатость большей части поверхностев поверхностев 1,2 нм (рис. 6(в)). Vzhľadom na malú plochu (<5 µm × 5 µm) je drsnosť väčšiny povrchu menšia ako 1,2 nm (obr. 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 большинствахнстовертва повертва менее 1,2 нм (рис. 6(в)). Vzhľadom na malú plochu (<5 µm × 5 µm) je drsnosť väčšiny povrchov menšia ako 1,2 nm (obr. 6(c)).
(a) Optický obraz, (b) mikroskopický obraz a (c) optický obraz vnútorného povrchu rezu MWC.
Ako je znázornené na obr. 7(a), optická dráha LOP v kapiláre je určená uhlom dopadu θ (LOP = LC/sinθ, kde LC je fyzická dĺžka kapiláry). Pre teflónové AF kapiláry naplnené DI H2O musí byť uhol dopadu väčší ako kritický uhol 77,8°, takže LOP je menší ako 1,02 × LC bez ďalšieho zlepšenia3,6. Zatiaľ čo pri MWC je obmedzenie svetla vo vnútri kapiláry nezávislé od indexu lomu alebo uhla dopadu, takže so znižujúcim sa uhlom dopadu môže byť dráha svetla oveľa dlhšia ako dĺžka kapiláry (LOP » LC). Ako je znázornené na obr. 7(b), vlnitý kovový povrch môže indukovať rozptyl svetla, čo môže výrazne zväčšiť optickú dráhu.
Preto existujú dve svetelné dráhy pre MWC: priame svetlo bez odrazu (LOP = LC) a pílovité svetlo s viacerými odrazmi medzi bočnými stenami (LOP » LC). Podľa Beerovho zákona možno intenzitu prechádzajúceho priameho a kľukatého svetla vyjadriť ako PS×exp(-α×LC) a PZ×exp(-α×LOP), kde konštanta α je absorpčný koeficient, ktorý úplne závisí od koncentrácie atramentu.
Pri atramente s vysokou koncentráciou (napr. súvisiaca koncentrácia > 1,28 × 10-5) je cikcakové svetlo silne utlmené a jeho intenzita je oveľa nižšia ako intenzita priameho svetla v dôsledku veľkého absorpčného koeficientu a oveľa dlhšej optickej dráhy. Pri atramente s vysokou koncentráciou (napr. súvisiaca koncentrácia > 1,28 × 10-5) je cikcakové svetlo silne utlmené a jeho intenzita je oveľa nižšia ako intenzita priameho svetla v dôsledku veľkého absorpčného koeficientu a oveľa dlhšej optickej dráhy. Для чернил с высокой концентрацией (например, относительная концентрация >1,28 × 10-5) зигзагообразный свет сильно затухает, а его интенсивность намного нижже, чегом у пемям у из-за большого коэффициента поглощения a гораздо более длинного оптическоптическоптическопоглощения Pri atramente s vysokou koncentráciou (napr. relatívna koncentrácia > 1,28 × 10-5) je cikcakové svetlo silne utlmené a jeho intenzita je oveľa nižšia ako intenzita priameho svetla v dôsledku veľkého absorpčného koeficientu a oveľa dlhšej optickej emisie.trať.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 忼 夼 低 忼直光 ， 这 是 吸收 系数 大 光学 时间 更。。。 长 长 长 长 长 长 镕 长 长 长 长 长Для чернил с высокой концентрацией (например, релевантные концентрации > 1,28×10-5) зиогнезазиогнер значительно ослабляется, и его интенсивность намного ниже, чем у пряамого свеот у пряамого свеот коэффициента поглощения a более длительного оптического времени. Pri atramentoch s vysokou koncentráciou (napr. relevantné koncentrácie > 1,28 × 10-5) je cikcakové svetlo výrazne zoslabené a jeho intenzita je oveľa nižšia ako intenzita priameho svetla v dôsledku veľkého absorpčného koeficientu a dlhšieho optického času.malá cesta.Pri stanovovaní absorbancie (LOP=LC) teda dominovalo priame svetlo a hodnota AEF sa udržiavala konštantná na hodnote ~7,0. Naopak, keď sa absorpčný koeficient znižuje so znižujúcou sa koncentráciou atramentu (napr. súvisiaca koncentrácia <1,28 × 10-5), intenzita cikcakového svetla sa zvyšuje rýchlejšie ako intenzita priameho svetla a potom cikcakové svetlo začína hrať dôležitejšiu úlohu. Naopak, keď sa absorpčný koeficient znižuje so znižujúcou sa koncentráciou atramentu (napr. súvisiaca koncentrácia <1,28 × 10-5), intenzita cikcakového svetla sa zvyšuje rýchlejšie ako intenzita priameho svetla a potom cikcakové svetlo začína hrať dôležitejšiu úlohu. Напротив, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением конциентрация (например, относительная концентрация <1,28 × 10-5), интенсивность зигзагообразногетуя светиогетуя светивность быстрее, чем у прямого света, и затем начинает играть зигзагообразный свет. Naopak, keď sa absorpčný koeficient znižuje so znižujúcou sa koncentráciou atramentu (napríklad relatívna koncentrácia <1,28 × 10-5), intenzita cikcakového svetla sa zvyšuje rýchlejšie ako intenzita priameho svetla a potom sa začína prehrávať cikcakové svetlo.dôležitejšiu úlohu.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万个更鄚脉个更焚脧个更鄧见、相反 ， 当 吸收 系数 随着 墨水 的 降低 而 降低 时 例如 例如 ３ 秓如 ３ 禓如 ３ 禓如 浜 相.28 浵 浜10-5） ， 字形光 的 强度 比 增加 得 更 ， 然后 z 字形光 发馦馥 作用覦馥 作用覦馥 作用覦馥 作用覦馇 作用覦采 䦁荇芠更 更 更 更 更 更 更 更 HI的角色。 И наоборот, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концирент (например, соответствующая концентрация < 1,28×10-5), интенсивность зигзагоообраЇиногетутразиногеотразиногеотразиногео быстрее, чем прямого, и тогда зигзагообразный свет начинает играть болеь варжнуь Naopak, keď absorpčný koeficient klesá so znižujúcou sa koncentráciou atramentu (napríklad zodpovedajúca koncentrácia < 1,28 × 10-5), intenzita cikcakového svetla sa zvyšuje rýchlejšie ako priame svetlo a potom cikcakové svetlo začína hrať dôležitejšiu úlohu.rolová postava.Vďaka pílovitej optickej dráhe (LOP » LC) je možné AEF zvýšiť oveľa viac ako 7,0. Presné charakteristiky prenosu svetla MWC je možné získať pomocou teórie vlnovodových módov.
Okrem zlepšenia optickej dráhy prispieva rýchle prepínanie vzoriek aj k ultranízkym detekčným limitom. Vďaka malému objemu MCC (0,16 ml) môže byť čas potrebný na prepínanie a zmenu roztokov v MCC kratší ako 20 sekúnd. Ako je znázornené na obrázku 5, minimálna detekovateľná hodnota AMWC (2,5 × 10–4) je 4-krát nižšia ako u Acuvette (1,0 × 10–3). Rýchle prepínanie prúdiaceho roztoku v kapiláre znižuje vplyv systémového šumu (napr. drift) na presnosť rozdielu absorbancie v porovnaní s retenčným roztokom v kyvete. Napríklad, ako je znázornené na obr. 3(b)-(d), ΔV sa dá ľahko odlíšiť od signálu driftu v dôsledku rýchleho prepínania vzoriek v kapiláre s malým objemom.
Ako je uvedené v tabuľke 2, s použitím deionizovanej vody ako rozpúšťadla bol pripravený rad roztokov glukózy s rôznymi koncentráciami. Zafarbené alebo slepé vzorky boli pripravené zmiešaním roztoku glukózy alebo deionizovanej vody s chromogénnymi roztokmi glukózooxidázy (GOD) a peroxidázy (POD) 37 v pevnom objemovom pomere 3:1. Na obr. 8 sú znázornené optické fotografie deviatich zafarbených vzoriek (S2-S10) s koncentráciami glukózy v rozmedzí od 2,0 mM (vľavo) do 5,12 nM (vpravo). Začervenanie klesá s klesajúcou koncentráciou glukózy.
Výsledky meraní vzoriek 4, 9 a 10 fotometrom založeným na MWC sú znázornené na obr. 9(a)-(c). Ako je znázornené na obr. 9(c), namerané ΔV sa stáva menej stabilným a počas merania sa pomaly zvyšuje, pretože farba samotného činidla GOD-POD (aj bez pridania glukózy) sa pomaly mení na svetle. Preto nie je možné opakovať následné merania ΔV pre vzorky s koncentráciou glukózy menšou ako 5,12 nM (vzorka 10), pretože keď je ΔV dostatočne malé, nestabilitu činidla GOD-POD už nemožno zanedbať. Preto je limit detekcie pre roztok glukózy 5,12 nM, hoci zodpovedajúca hodnota ΔV (0,52 µV) je oveľa väčšia ako hodnota šumu (0,03 µV), čo naznačuje, že stále je možné detegovať malé ΔV. Tento limit detekcie je možné ďalej zlepšiť použitím stabilnejších chromogénnych činidiel.
(a) Výsledky merania vzorky 4, (b) vzorky 9 a (c) vzorky 10 pomocou fotometra založeného na MWC.
Absorbanciu AMWC je možné vypočítať pomocou nameraných hodnôt Vcolor, Vblank a Vdark. Pre fotodetektor so ziskom 105 je Vdark -0,068 μV. Merania pre všetky vzorky je možné nastaviť v doplnkovom materiáli. Pre porovnanie boli vzorky glukózy tiež merané spektrofotometrom a nameraná absorbancia Acuvette dosiahla detekčný limit 0,64 µM (vzorka 7), ako je znázornené na obrázku 10.
Vzťah medzi absorbanciou a koncentráciou je znázornený na obrázku 11. S fotometrom založeným na MWC sa dosiahlo 125-násobné zlepšenie detekčného limitu v porovnaní so spektrofotometrom založeným na kyvete. Toto zlepšenie je nižšie ako pri teste s červeným atramentom kvôli nízkej stabilite činidla GOD-POD. Pozoroval sa aj nelineárny nárast absorbancie pri nízkych koncentráciách.
Fotometer založený na MWC bol vyvinutý na ultracitlivú detekciu kvapalných vzoriek. Optickú dráhu je možné výrazne zväčšiť a predĺžiť ju oveľa viac ako fyzická dĺžka MWC, pretože svetlo rozptýlené vlnitými hladkými kovovými bočnými stenami môže byť zachytené v kapiláre bez ohľadu na uhol dopadu. Koncentrácie nízke až do 5,12 nM je možné dosiahnuť pomocou konvenčných činidiel GOD-POD vďaka novému nelineárnemu optickému zosilneniu a rýchlemu prepínaniu vzoriek a detekcii glukózy. Tento kompaktný a lacný fotometer bude široko používaný v biologických vedách a monitorovaní životného prostredia na stopovú analýzu.
Ako je znázornené na obrázku 1, fotometer založený na MWC pozostáva z 7 cm dlhého MWC (vnútorný priemer 1,7 mm, vonkajší priemer 3,18 mm, vnútorný povrch elektrolyticky leštený triedy EP, kapilára z nehrdzavejúcej ocele SUS316L), LED diódy s vlnovou dĺžkou 505 nm (Thorlabs M505F1) a šošoviek (rozptyl lúča približne 6,6 stupňov), fotodetektora s premenlivým ziskom (Thorlabs PDB450C) a dvoch T-konektorov pre optickú komunikáciu a vstup/výstup kvapaliny. T-konektor je vyrobený spojením priehľadnej kremennej platne s PMMA trubicou, do ktorej sú pevne zasunuté a zlepené MWC a Peek trubice (vnútorný priemer 0,72 mm, vonkajší priemer 1,6 mm, Vici Valco Corp.). Na prepínanie prichádzajúcej vzorky sa používa trojcestný ventil pripojený k vstupnej trubici Pike. Fotodetektor dokáže previesť prijatý optický výkon P na zosilnený napäťový signál N×V (kde V/P = 1,0 V/W pri 1550 nm, zosilnenie N je možné manuálne nastaviť v rozsahu 103 – 107). Pre stručnosť sa ako výstupný signál používa V namiesto N×V.
Na porovnanie, na meranie absorbancie kvapalných vzoriek sa použil aj komerčný spektrofotometer (Agilent Technologies Cary 300 series s vysokoúčinným fotonásobičom R928) s kyvetovou celou s priemerom 1,0 cm.
Vnútorný povrch rezu MWC bol skúmaný pomocou optického profilovača povrchu (ZYGO New View 5022) s vertikálnym a laterálnym rozlíšením 0,1 nm a 0,11 µm.
Všetky chemikálie (analytickej kvality, bez ďalšieho čistenia) boli zakúpené od spoločnosti Sichuan Chuangke Biotechnology Co., Ltd. Súpravy na testovanie glukózy obsahujú glukózooxidázu (GOD), peroxidázu (POD), 4-aminoantipyrín a fenol atď. Chromogénny roztok bol pripravený bežnou metódou GOD-POD 37.
Ako je uvedené v tabuľke 2, s použitím deionizovanej vody ako riedidla bol pripravený rad roztokov glukózy s rôznymi koncentráciami metódou sériového riedenia (podrobnosti nájdete v doplnkových materiáloch). Zafarbené alebo slepé vzorky sa pripravia zmiešaním roztoku glukózy alebo deionizovanej vody s chromogénnym roztokom v pevnom objemovom pomere 3:1. Všetky vzorky sa pred meraním skladovali 10 minút pri teplote 37 °C chránené pred svetlom. Pri metóde GOD-POD sa zafarbené vzorky sfarbia do červena s absorpčným maximom pri 505 nm a absorpcia je takmer úmerná koncentrácii glukózy.
Ako je uvedené v tabuľke 1, séria roztokov červeného atramentu (Ostrich Ink Co., Ltd., Tianjin, Čína) bola pripravená metódou sériového riedenia s použitím deionizovanej vody ako rozpúšťadla.
Ako citovať tento článok: Bai, M. a kol. Kompaktný fotometer založený na kovových vlnovodných kapilárach: na stanovenie nanomolárnych koncentrácií glukózy. the science. 5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
Dress, P. a Franke, H. Zvýšenie presnosti analýzy kvapalín a regulácie hodnoty pH pomocou vlnovodu s kvapalným jadrom. Dress, P. a Franke, H. Zvýšenie presnosti analýzy kvapalín a regulácie hodnoty pH pomocou vlnovodu s kvapalným jadrom.Dress, P. a Franke, H. Zlepšenie presnosti analýzy kvapalín a regulácie pH pomocou vlnovodu s kvapalným jadrom. 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. a Franke, H. Zlepšenie presnosti analýzy kvapalín a regulácie pH pomocou vlnovodov s kvapalným jadrom.Prepnite na vedu. meter. 68, 2167–2171 (1997).
Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ a Hansell, DA Kontinuálne kolorimetrické stanovenie stopových iónov amónia v morskej vode pomocou kapilárnej cely s dlhou dráhou kvapalinového vlnovodu. Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ a Hansell, DA Kontinuálne kolorimetrické stanovenie stopových iónov amoniaku v morskej vode pomocou kapilárnej cely s dlhou dráhou kvapalinového vlnovodu.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ a Hansel, DA Kontinuálne kolorimetrické stanovenie stopových množstiev amoniaku v morskej vode pomocou kapilárnej cely s kvapalinovým vlnovodom. Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ & Hansell, DA Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ & Hansell, DA.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ a Hansel, DA Kontinuálne kolorimetrické stanovenie stopových množstiev amoniaku v morskej vode s použitím kapilár s dlhým dosahom kvapalinového vlnovodu.Chémia v marci. 96, 73–85 (2005).
Páscoa, RNMJ, Tóth, IV a Rangel, AOSS. Prehľad nedávnych aplikácií kapilárnej bunky s kvapalným vlnovodom v analytických technikách založených na prietoku na zvýšenie citlivosti spektroskopických detekčných metód. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV a Rangel, AOSS. Prehľad nedávnych aplikácií kapilárnej bunky s kvapalným vlnovodom v analytických technikách založených na prietoku na zvýšenie citlivosti spektroskopických detekčných metód.Pascoa, RNMJ, Toth, IV a Rangel, AOSS Prehľad nedávnych aplikácií kapilárnej bunky s kvapalným vlnovodom v technikách analýzy prúdenia na zlepšenie citlivosti spektroskopických detekčných metód. 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 皏 最新检测 方法 的。。。 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 灵敏度 禁敵敏度 禁敵敏度 禁敵敏度灵敏度 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 禁敏度 禁敏度灵敏度 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 a Rangel, AOSS. Prehľad nedávnych aplikácií kapilárnych buniek s kvapalnými vlnovodmi v analytických metódach založených na prietoku na zvýšenie citlivosti spektroskopických detekčných metód.konečník. Chim. Act 739, 1-13 (2012).
Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. a Shen, J. Skúmanie hrúbky vrstiev Ag a AgI v kapiláre pre duté vlnovody. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. a Shen, J. Skúmanie hrúbky vrstiev Ag a AgI v kapiláre pre duté vlnovody.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. a Shen J. Skúmanie hrúbky vrstiev Ag, AgI v kapiláre pre duté vlnovody. 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. a Shen, J. Výskum hrúbky tenkého filmu Ag a AgI vo vzduchovode.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. a Shen J. Skúmanie hrúbky tenkých vrstiev Ag, AgI v kapilárach dutých vlnovodov.Infračervená fyzika. technológia 42, 501–508 (2001).
Gimbert, LJ, Haygarth, PM a Worsfold, PJ Stanovenie nanomolárnych koncentrácií fosfátov v prírodných vodách pomocou prietokovej injekcie s kapilárnou celou s dlhou dráhou kvapalinového vlnovodu a spektrofotometrickou detekciou v pevnom skupenstve. Gimbert, LJ, Haygarth, PM a Worsfold, PJ Stanovenie nanomolárnych koncentrácií fosfátov v prírodných vodách pomocou prietokovej injekcie s kapilárnou celou s dlhou dráhou kvapalinového vlnovodu a spektrofotometrickou detekciou v pevnom skupenstve.Gimbert, LJ, Haygarth, PM a Worsfold, PJ Stanovenie nanomolárnych koncentrácií fosfátov v prírodných vodách pomocou prietokovej injekcie s kapilárnou celou s kvapalným vlnovodom a spektrofotometrickou detekciou v tuhom skupenstve. 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 a Worsfold, PJ Stanovenie koncentrácie fosfátov v prírodnej vode pomocou kvapalinovej striekačky a kapilárnej trubice s dlhým dosahom kvapalinového vlnovodu.Gimbert, LJ, Haygarth, PM a Worsfold, PJ Stanovenie nanomolárneho fosfátu v prírodnej vode pomocou injekčného prúdenia a kapilárneho vlnovodu s dlhou optickou dráhou a spektrofotometrickou detekciou v tuhom skupenstve.Taranta 71, 1624–1628 (2007).
Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. a Liu, S. Linearita a efektívna optická dĺžka dráhy kapilárnych buniek kvapalného vlnovodu. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. a Liu, S. Linearita a efektívna optická dĺžka dráhy kapilárnych buniek kvapalného vlnovodu.Belz M., Dress P., Suhitsky A. a Liu S. Linearita a efektívna dĺžka optickej dráhy v kvapalných vlnovodoch v kapilárnych článkoch. 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. a Liu, S. Linearita a efektívna dĺžka kvapalnej vody.Belz M., Dress P., Suhitsky A. a Liu S. Lineárna a efektívna dĺžka optickej dráhy v kvapalnej vlne kapilárnej bunky.SPIE 3856, 271–281 (1999).
Dallas, T. a Dasgupta, PK Svetlo na konci tunela: nedávne analytické aplikácie vlnovodov s kvapalným jadrom. Dallas, T. a Dasgupta, PK Svetlo na konci tunela: nedávne analytické aplikácie vlnovodov s kvapalným jadrom.Dallas, T. a Dasgupta, PK Svetlo na konci tunela: nedávne analytické aplikácie vlnovodov s kvapalným jadrom. Dallas, T. & Dasgupta, PK Svetlo na konci tunela：液芯波导的最新分析应用。 Dallas, T. & Dasgupta, PK Svetlo na konci tunela：液芯波导的最新分析应用。Dallas, T. a Dasgupta, PK Svetlo na konci tunela: najnovšia analytická aplikácia vlnovodov s kvapalným jadrom.TrAC, analýza trendov. Chemical. 23, 385–392 (2004).
Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR a McKelvie, ID Všestranná fotometrická detekčná cela s úplným vnútorným odrazom na analýzu prúdenia. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR a McKelvie, ID Všestranná fotometrická detekčná cela s úplným vnútorným odrazom na analýzu prúdenia.Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR a McKelvey, ID Univerzálna fotometrická cela s úplným vnútorným odrazom pre analýzu prúdenia. 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 a McKelvie, IDEllis, PS, Gentle, BS, Grace, MR a McKelvey, ID Univerzálna TIR fotometrická cela na analýzu prúdenia.Taranta 79, 830–835 (2009).
Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ a McKelvie, ID. Viacreflexná fotometrická prietoková cela na použitie pri analýze prietokovej injekcie v ústí riek. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ a McKelvie, ID. Viacreflexná fotometrická prietoková cela na použitie pri analýze prietokovej injekcie v ústí riek.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ a McKelvey, ID. Multireflexná fotometrická prietoková cela na použitie pri analýze prúdenia v ústí riek. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID 多反射光度流动池，用于河口水域的流动注入分析 Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ a McKelvie, ID.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ a McKelvey, ID. Multireflexná fotometrická prietoková cela na analýzu vstrekovania prúdenia v ústí riek.anus Chim. Acta 499, 81-89 (2003).
Pan, J. -Z., Yao, B. a Fang, Q. Ručný fotometer založený na detekcii absorpcie pomocou kvapalného vlnovodu pre vzorky v nanolitrovom meradle. Pan, J.-Z., Yao, B. a Fang, Q. Ručný fotometer založený na detekcii absorpcie pomocou kvapalného vlnovodu pre vzorky v nanolitrovom meradle.Pan, J.-Z., Yao, B. a Fang, K. Ručný fotometer založený na detekcii absorpcie vlnovej dĺžky v kvapalnom jadre pre vzorky v nanolitrovom meradle. 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. Na základe 液芯波波水水水油法的纳法手手手持光度计。Pan, J.-Z., Yao, B. a Fang, K. Ručný fotometer s nanoškálovou vzorkou založený na detekcii absorpcie v kvapalnej jadrovej vlne.Chemikália konečníka, 82, 3394–3398 (2010).
Zhang, J.-Z. Zvýšenie citlivosti analýzy prietoku vstrekovaním pomocou kapilárnej prietokovej cely s dlhou optickou dráhou pre spektrofotometrickú detekciu. anus. the science. 22, 57–60 (2006).
D'Sa, EJ a Steward, RG Aplikácia kvapalného kapilárneho vlnovodu v absorbančnej spektroskopii (Odpoveď na komentár Byrneho a Kaltenbachera). D'Sa, EJ a Steward, RG Aplikácia kvapalného kapilárneho vlnovodu v absorbančnej spektroskopii (Odpoveď na komentár Byrneho a Kaltenbachera).D'Sa, EJ a Steward, RG Aplikácie kvapalných kapilárnych vlnovodov v absorpčnej spektroskopii (Odpoveď na komentáre Byrneho a Kaltenbachera). 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 Aplikácia kvapaliny 毛绿波波对在absorpčné spektrum（回复Byrne和Kaltenbacher的评论）.D'Sa, EJ a Steward, RG Kvapalné kapilárne vlnovody pre absorpčnú spektroskopiu (v reakcii na komentáre Byrneho a Kaltenbachera).limonol. Oceánograf. 46, 742–745 (2001).
Khijwania, SK a Gupta, BD Senzor absorpcie evanescentného poľa s optickými vláknami: Vplyv parametrov vlákna a geometrie sondy. Khijwania, SK a Gupta, BD Senzor absorpcie evanescentného poľa s optickými vláknami: Vplyv parametrov vlákna a geometrie sondy.Hijvania, SK a Gupta, BD Senzor absorpcie evanescentného poľa z optických vlákien: Vplyv parametrov vlákna a geometrie sondy. 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 a Gupta, BDHijvania, SK a Gupta, BD Senzory s vláknovou optikou s evanescentným poľom: vplyv parametrov vlákna a geometrie sondy.Optika a kvantová elektronika 31, 625–636 (1999).
Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. a Woodruff, SD Uhlový výstup dutých, kovom obložených, vlnovodových Ramanových senzorov. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. a Woodruff, SD Uhlový výstup dutých, kovom obložených, vlnovodových Ramanových senzorov.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. a Woodruff, SD Uhlový výstup Ramanových senzorov s dutým vlnovodom a kovovou výstelkou. 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. a Woodruff, SD Uhlový výstup Ramanovho senzora s vlnovodom z holého kovu.žiadosť o výber 51, 2023 – 2025 (2012).
Harrington, JA Prehľad dutých vlnovodov pre prenos infračerveného žiarenia. Integrácia vlákien. Na výber. 19, 211–227 (2000).