Hvala, ker ste obiskali Nature.com. Različica brskalnika, ki jo uporabljate, ima omejeno podporo za CSS. Za najboljšo izkušnjo priporočamo, da uporabite posodobljen brskalnik (ali onemogočite način združljivosti v Internet Explorerju). Medtem bomo za zagotovitev nadaljnje podpore spletno mesto prikazali brez slogov in JavaScripta.
Analiza sledi tekočih vzorcev ima širok spekter uporabe v znanostih o življenju in spremljanju okolja. V tem delu smo razvili kompakten in poceni fotometer, ki temelji na kovinskih valovodnih kapilarah (MCC) za ultraobčutljivo določanje absorpcije. Optično pot je mogoče močno povečati in je veliko daljša od fizične dolžine MWC, ker se svetloba, ki jo razpršijo valovite gladke kovinske stranske stene, lahko zadrži znotraj kapilare ne glede na kot vpada. Zaradi nove nelinearne optične ojačitve ter hitrega preklapljanja vzorcev in detekcije glukoze je mogoče z uporabo običajnih kromogenih reagentov doseči koncentracije do 5,12 nM.
Fotometrija se pogosto uporablja za analizo sledi tekočih vzorcev zaradi obilice razpoložljivih kromogenih reagentov in polprevodniških optoelektronskih naprav1,2,3,4,5. V primerjavi s tradicionalnim določanjem absorbance na osnovi kivete, kapilare s tekočinskim valovodom (LWC) odbijajo (TIR) ​​tako, da zadržujejo svetlobo sonde znotraj kapilare1,2,3,4,5. Vendar pa je brez nadaljnjih izboljšav optična pot le blizu fizični dolžini LWC3,6, povečanje dolžine LWC nad 1,0 m pa bo trpelo zaradi močnega slabljenja svetlobe in velikega tveganja za nastanek mehurčkov itd.3,7. Glede na predlagano večrefleksno celico za izboljšanje optične poti se meja zaznavnosti izboljša le za faktor 2,5–8,9.
Trenutno obstajata dve glavni vrsti LWC, in sicer teflonske AF kapilare (z lomnim količnikom le ~1,3, kar je nižje kot pri vodi) in silicijeve kapilare, prevlečene s teflonsko AF ali kovinskimi filmi1,3,4. Za doseganje TIR na vmesniku med dielektričnimi materiali so potrebni materiali z nizkim lomnim količnikom in visokimi koti vpada svetlobe3,6,10. Kar zadeva teflonske AF kapilare, je teflonska AF zaradi svoje porozne strukture zračna3,11 in lahko absorbira majhne količine snovi v vzorcih vode. Pri kremenčevih kapilarah, prevlečenih na zunanji strani s teflonsko AF ali kovino, je lomni količnik kremena (1,45) višji kot pri večini tekočih vzorcev (npr. 1,33 za vodo)3,6,12,13. Pri kapilarah, prevlečenih s kovinskim filmom v notranjosti, so bile preučene transportne lastnosti14,15,16,17,18, vendar je postopek nanašanja zapleten, površina kovinskega filma ima hrapavo in porozno strukturo4,19.
Poleg tega imajo komercialne LWC (AF Teflon Coated Capillaries in AF Teflon Coated Silica Capillaries, World Precision Instruments, Inc.) še nekatere druge pomanjkljivosti, kot so: za napake. . Velika mrtva prostornina T-konektorja TIR3,10, (2) (za povezavo kapilar, vlaken in dovodnih/izhodnih cevi) lahko ujame zračne mehurčke10.
Hkrati je določanje ravni glukoze zelo pomembno za diagnozo sladkorne bolezni, ciroze jeter in duševnih bolezni20, in številne metode odkrivanja, kot so fotometrija (vključno s spektrofotometrijo21, 22, 23, 24, 25 in kolorimetrijo na papirju26, 27, 28), galvanometrija29, 30, 31, fluorometrija32, 33, 34, 35, optična polarimetrija36, površinska plazmonska resonanca37, Fabry-Perotova votlina38, elektrokemija39 in kapilarna elektroforeza40,41 itd. Vendar pa večina teh metod zahteva drago opremo, odkrivanje glukoze pri več nanomolarnih koncentracijah pa ostaja izziv (na primer pri fotometričnih meritvah21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, najnižja koncentracija glukoze). Omejitev je bila le 30 nM, ko so bili nanodelci pruskega modra uporabljeni kot posnemalci peroksidaze). Nanomolarne analize glukoze so pogosto potrebne za celične študije na molekularni ravni, kot sta zaviranje rasti človeškega raka prostate42 in vedenje Prochlorococcusa pri fiksaciji CO2 v oceanu.
V tem članku je bil razvit kompakten, poceni fotometer, ki temelji na kovinski valovodni kapilari (MWC), kapilari iz nerjavečega jekla SUS316L z elektropolirano notranjo površino, za ultraobčutljivo določanje absorpcije. Ker se svetloba lahko ujame v kovinske kapilare ne glede na vpadni kot, se lahko optična pot močno poveča z razpršitvijo svetlobe na valovitih in gladkih kovinskih površinah in je veliko daljša od fizične dolžine MWC. Poleg tega je bil za optično povezavo in dovod/izhod tekočine zasnovan preprost T-konektor, da se zmanjša mrtvi volumen in prepreči ujetje mehurčkov. Pri 7 cm MWC fotometru je meja zaznavanja v primerjavi s komercialnim spektrofotometrom z 1 cm kiveto zaradi nove izboljšave nelinearne optične poti in hitrega preklapljanja vzorcev izboljšana za približno 3000-krat, z uporabo običajnih kromogenih reagentov pa je mogoče doseči tudi koncentracijo zaznavanja glukoze, ki znaša le 5,12 nM.
Kot je prikazano na sliki 1, je fotometer na osnovi MWC sestavljen iz 7 cm dolgega MWC-ja z elektropolirano notranjo površino EP-razreda, 505 nm LED z lečo, fotodetektorja z nastavljivim ojačanjem in dveh za optično sklopitev in vhod tekočine. Izhod. Za preklapljanje vhodnega vzorca se uporablja tripotni ventil, priključen na dovodno cev Pike. Cev Peek se tesno prilega kremenčevi plošči in MWC-ju, tako da je mrtvi volumen v T-konektorju čim manjši, kar učinkovito preprečuje ujetje zračnih mehurčkov. Poleg tega je mogoče kolimirani žarek enostavno in učinkovito uvesti v MWC skozi kremenčevo ploščo s T-kosom.
Žarek in tekoči vzorec se v MCC vneseta skozi T-kos, žarek, ki gre skozi MCC, pa sprejme fotodetektor. Vhodne raztopine obarvanih ali slepih vzorcev so se izmenično vnašale v ICC skozi tripotni ventil. V skladu z Beerovim zakonom lahko optično gostoto obarvanega vzorca izračunamo iz enačbe. 1.10
kjer sta Vcolor in Vblank izhodna signala fotodetektorja, ko se v MCC vneseta barvni in prazni vzorec, Vdark pa je signal ozadja fotodetektorja, ko je LED dioda izklopljena. Spremembo izhodnega signala ΔV = Vcolor–Vblank je mogoče izmeriti z menjavo vzorcev. V skladu z enačbo. Kot je prikazano na sliki 1, če je ΔV veliko manjši od Vblank–Vdark, imajo lahko pri uporabi sheme preklapljanja vzorčenja majhne spremembe Vblank (npr. drift) le majhen vpliv na vrednost AMWC.
Za primerjavo delovanja fotometra na osnovi MWC s spektrofotometrom na osnovi kivete je bila kot barvni vzorec uporabljena raztopina rdečega črnila zaradi njene odlične barvne stabilnosti in dobre linearnosti koncentracijsko-absorbančne odvisnosti, kot slepi vzorec pa je bila uporabljena deionizirana voda (DI H2O). Kot je prikazano v tabeli 1, je bila serija raztopin rdečega črnila pripravljena z metodo serijskega redčenja z uporabo DI H2O kot topila. Relativna koncentracija vzorca 1 (S1), nerazredčene originalne rdeče barve, je bila določena kot 1,0. Na sliki 2 so prikazane optične fotografije 11 vzorcev rdečega črnila (S4 do S14) z relativnimi koncentracijami (navedenimi v tabeli 1) v razponu od 8,0 × 10–3 (levo) do 8,2 × 10–10 (desno).
Rezultati meritev za vzorec 6 so prikazani na sliki 3(a). Točke preklapljanja med obarvanimi in praznimi vzorci so na sliki označene z dvojnimi puščicami »↔«. Vidimo lahko, da se izhodna napetost hitro poveča pri preklapljanju z barvnih na prazne vzorce in obratno. Vcolor, Vblank in ustrezno ΔV lahko dobimo, kot je prikazano na sliki.
(a) Rezultati meritev za vzorec 6, (b) vzorec 9, (c) vzorec 13 in (d) vzorec 14 z uporabo fotometra na osnovi MWC.
Rezultati meritev za vzorce 9, 13 in 14 so prikazani na slikah 3(b)-(d). Kot je prikazano na sliki 3(d), je izmerjena vrednost ΔV le 5 nV, kar je skoraj 3-krat večja od vrednosti šuma (2 nV). Majhno vrednost ΔV je težko ločiti od šuma. Tako je meja zaznavanja dosegla relativno koncentracijo 8,2 × 10⁻⁹ (vzorec 14). S pomočjo enačb 1. Absorbanco AMWC lahko izračunamo iz izmerjenih vrednosti Vcolor, Vblank in Vdark. Za fotodetektor z ojačanjem 10⁻⁴ je Vdark -0,68 μV. Rezultati meritev za vse vzorce so povzeti v tabeli 1 in jih najdete v dodatnem gradivu. Kot je prikazano v tabeli 1, absorbanca, ugotovljena pri visokih koncentracijah, nasiči, zato absorbance nad 3,7 ni mogoče izmeriti s spektrometri na osnovi MWC.
Za primerjavo je bil vzorec rdečega črnila izmerjen tudi s spektrofotometrom, izmerjena absorbanca Acuvette pa je prikazana na sliki 4. Vrednosti Acuvette pri 505 nm (kot je prikazano v tabeli 1) so bile pridobljene s sklicevanjem na krivulje vzorcev 10, 11 ali 12 (kot je prikazano na vstavku). (Slika 4) kot osnovno vrednost. Kot je prikazano, je meja zaznavnosti dosegla relativno koncentracijo 2,56 x 10-6 (vzorec 9), ker se absorpcijske krivulje vzorcev 10, 11 in 12 niso razlikovale druga od druge. Tako se je pri uporabi fotometra na osnovi MWC meja zaznavnosti izboljšala za faktor 3125 v primerjavi s spektrofotometrom na osnovi kivete.
Odvisnost absorpcije od koncentracije je prikazana na sliki 5. Pri meritvah s kiveto je absorbanca sorazmerna s koncentracijo črnila pri dolžini poti 1 cm. Medtem ko je bilo pri meritvah na osnovi MWC opaženo nelinearno povečanje absorbance pri nizkih koncentracijah. V skladu z Beerovim zakonom je absorbanca sorazmerna z dolžino optične poti, zato je absorpcijski dobiček AEF (definiran kot AEF = AMWC/Acuvette pri enaki koncentraciji črnila) razmerje med MWC in dolžino optične poti kivete. Kot je prikazano na sliki 5, je pri visokih koncentracijah konstanta AEF okoli 7,0, kar je razumno, saj je dolžina MWC natanko 7-krat večja od dolžine 1 cm kivete. Vendar pa se pri nizkih koncentracijah (sorodna koncentracija < 1,28 × 10⁻⁶) AEF povečuje z zmanjševanjem koncentracije in bi z ekstrapolacijo krivulje meritev na podlagi kivete dosegel vrednost 803 pri sorodni koncentraciji 8,2 × 10⁻⁶. Vendar pa se pri nizkih koncentracijah (sorodna koncentracija < 1,28 × 10⁻⁶) AEF povečuje z zmanjševanjem koncentracije in bi z ekstrapolacijo krivulje meritev na podlagi kivete dosegel vrednost 803 pri sorodni koncentraciji 8,2 × 10⁻⁶. Vendar pri nizkih koncentracijah (nosilna koncentracija <1,28 × 10–5) se AEF poveča z zmanjšano koncentracijo in lahko doseže vrednosti 803 pri ustrezni koncentraciji 8,2 × 10–10 ekstrapolacije krivega merjenja na podlagi kjuveta. Vendar pa se pri nizkih koncentracijah (relativna koncentracija <1,28 × 10–5) AEF povečuje z zmanjševanjem koncentracije in lahko doseže vrednost 803 pri relativni koncentraciji 8,2 × 10–10, če se ekstrapolira iz merilne krivulje na osnovi kivete.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。 Vendar pri nizkih koncentracijah (relevantne koncentracije < 1,28 × 10-5) se AEP poveča z zmanjšano koncentracijo, in pri ekstrapolaciji krivega merjenja na osnovi kjuveta doseže vrednosti glede na koncentracijo 8,2 × 10–10 803 . Vendar pa se pri nizkih koncentracijah (ustrezne koncentracije < 1,28 × 10⁻⁶) AED povečuje z zmanjševanjem koncentracije in pri ekstrapolaciji iz merilne krivulje na osnovi kivete doseže relativno vrednost koncentracije 8,2 × 10⁻⁶ 10⁻⁶ .To ima za posledico ustrezno optično pot 803 cm (AEF × 1 cm), kar je veliko daljše od fizične dolžine MWC in celo daljše od najdaljšega komercialno dostopnega LWC (500 cm od World Precision Instruments, Inc.). Doko Engineering LLC ima dolžino 200 cm. To nelinearno povečanje absorpcije v LWC še ni bilo opisano.
Na sliki 6(a)-(c) so prikazane optična slika, mikroskopska slika in slika optičnega profilerja notranje površine MWC odseka. Kot je prikazano na sliki 6(a), je notranja površina gladka in sijoča, lahko odbija vidno svetlobo in je zelo odsevna. Kot je prikazano na sliki 6(b), se zaradi deformabilnosti in kristalne narave kovine na gladki površini pojavijo majhne meze in nepravilnosti. Glede na majhno površino (<5 μm × 5 μm) je hrapavost večine površine manjša od 1,2 nm (slika 6(c)). Glede na majhno površino (<5 μm × 5 μm) je hrapavost večine površine manjša od 1,2 nm (slika 6(c)). Vvidu majhne površine (<5 mkm × 5 mkm) je velikost večjega dela površine manjša od 1,2 nm (ris. 6(v)). Zaradi majhne površine (<5 µm × 5 µm) je hrapavost večine površine manjša od 1,2 nm (slika 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））。 Učitivna nevelika površina (<5 mkm × 5 mkm), velikost večine površin je manjša od 1,2 nm (ris. 6(v)). Glede na majhno površino (<5 µm × 5 µm) je hrapavost večine površin manjša od 1,2 nm (slika 6(c)).
(a) Optična slika, (b) mikroskopska slika in (c) optična slika notranje površine reza MWC.
Kot je prikazano na sliki 7(a), je optična pot LOP v kapilari določena z vpadnim kotom θ (LOP = LC/sinθ, kjer je LC fizična dolžina kapilare). Pri teflonskih AF kapilarah, napolnjenih z DI H2O, mora biti vpadni kot večji od kritičnega kota 77,8°, zato je LOP manjši od 1,02 × LC brez nadaljnjega izboljšanja3,6. Medtem ko je pri MWC omejitev svetlobe znotraj kapilare neodvisna od lomnega količnika ali vpadnega kota, je lahko svetlobna pot z zmanjševanjem vpadnega kota veliko daljša od dolžine kapilare (LOP » LC). Kot je prikazano na sliki 7(b), lahko valovita kovinska površina povzroči sipanje svetlobe, kar lahko močno poveča optično pot.
Zato obstajata dve svetlobni poti za MWC: neposredna svetloba brez odboja (LOP = LC) in žagasta svetloba z večkratnimi odboji med stranskimi stenami (LOP » LC). V skladu z Beerovim zakonom lahko intenzivnost prepuščene neposredne in cikcakaste svetlobe izrazimo kot PS×exp(-α×LC) oziroma PZ×exp(-α×LOP), kjer je konstanta α absorpcijski koeficient, ki je v celoti odvisen od koncentracije črnila.
Pri črnilu z visoko koncentracijo (npr. sorodna koncentracija > 1,28 × 10-5) je cikcakasta svetloba močno oslabljena in njena intenzivnost je veliko nižja kot pri ravni svetlobi zaradi velikega absorpcijskega koeficienta in veliko daljše optične poti. Pri črnilu z visoko koncentracijo (npr. sorodna koncentracija > 1,28 × 10-5) je cikcakasta svetloba močno oslabljena in njena intenzivnost je veliko nižja kot pri ravni svetlobi zaradi velikega absorpcijskega koeficienta in veliko daljše optične poti. Za črnilo z visoko koncentracijo (na primer razmerna koncentracija >1,28 × 10-5) cikzagoobrazni svet močno zaduši, njegova intenzivnost pa je veliko nižja kot pri pravem svetu, zaradi velikega koeficienta pogloščenosti in veliko daljše optične osvetlitve. Pri črnilu z visoko koncentracijo (npr. relativna koncentracija > 1,28 × 10-5) je cikcakasta svetloba močno oslabljena in njena intenzivnost je zaradi velikega absorpcijskega koeficienta in veliko daljše optične emisije precej nižja kot pri neposredni svetlobi.sled.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Za črnilo z visoko koncentracijo (na primer relevantna koncentracija >1,28×10-5) cikzagoobrazni svet znatno oslabi, in njegova intenzivnost je veliko nižja kot pri pravem svetu zaradi velikega koeficienta porabe in daljšega optičnega časa. Pri črnilih z visoko koncentracijo (npr. ustrezne koncentracije > 1,28 × 10-5) je cikcakasta svetloba znatno oslabljena in njena intenzivnost je zaradi velikega absorpcijskega koeficienta in daljšega optičnega časa precej nižja kot pri neposredni svetlobi.majhna cesta.Tako je pri določanju absorbance (LOP=LC) prevladovala neposredna svetloba, AEF pa je bil konstanten pri ~7,0. Ko pa se absorpcijski koeficient zmanjša z zmanjševanjem koncentracije črnila (npr. sorodna koncentracija <1,28 × 10-5), se intenzivnost cikcakaste svetlobe poveča hitreje kot intenzivnost ravne svetlobe in takrat cikcakasta svetloba začne igrati pomembnejšo vlogo. Ko pa se absorpcijski koeficient zmanjša z zmanjševanjem koncentracije črnila (npr. sorodna koncentracija <1,28 × 10-5), se intenzivnost cikcakaste svetlobe poveča hitreje kot intenzivnost ravne svetlobe in takrat cikcakasta svetloba začne igrati pomembnejšo vlogo. Nasprotno, ko se koeficient pogloščenosti zmanjša z zmanjšanjem koncentracije črnila (na primer, relativno koncentracija <1,28 × 10-5), se intenzivnost cikzagoobraznega sveta poveča hitreje, kot v pravem svetu, in začne igrati cikzagoobrazni svet. Nasprotno, ko se absorpcijski koeficient zmanjšuje z zmanjševanjem koncentracije črnila (na primer relativna koncentracija <1,28 × 10-5), se intenzivnost cikcakaste svetlobe povečuje hitreje kot intenzivnost neposredne svetlobe in nato se začne pojavljati cikcakasta svetloba.pomembnejšo vlogo.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 HI的角色。 In obratno, ko se koeficient pogloščenosti zmanjša z zmanjšanjem koncentracije črnila (na primer, ustrezna koncentracija < 1,28×10-5), se intenzivnost cikzagoobraznega svetila poveča hitreje, kot neposredno, in ta vloga cikzagoobraznega sveta začne igrati bolj pomembno. Nasprotno pa, ko se absorpcijski koeficient zmanjšuje z zmanjševanjem koncentracije črnila (na primer ustrezna koncentracija < 1,28 × 10-5), se intenzivnost cikcakaste svetlobe povečuje hitreje kot neposredna svetloba, nato pa cikcakasta svetloba začne igrati pomembnejšo vlogo.vloga lika.Zaradi žagaste optične poti (LOP » LC) se lahko AEF poveča za veliko več kot 7,0. Natančne karakteristike prenosa svetlobe MWC je mogoče dobiti z uporabo teorije valovodnega načina.
Poleg izboljšanja optične poti hitro preklapljanje vzorcev prispeva tudi k ultra nizkim mejam zaznavnosti. Zaradi majhnega volumna MCC (0,16 ml) je lahko čas, potreben za preklapljanje in menjavo raztopin v MCC, krajši od 20 sekund. Kot je prikazano na sliki 5, je najmanjša zaznavna vrednost AMWC (2,5 × 10–4) 4-krat nižja kot pri Acuvette (1,0 × 10–3). Hitro preklapljanje tekoče raztopine v kapilari zmanjša vpliv sistemskega šuma (npr. drift) na natančnost razlike absorbance v primerjavi z retencijsko raztopino v kiveti. Na primer, kot je prikazano na sliki 3(b)-(d), je ΔV mogoče zlahka ločiti od signala drifta zaradi hitrega preklapljanja vzorcev v kapilari z majhnim volumnom.
Kot je prikazano v tabeli 2, je bila z uporabo DI H2O kot topila pripravljena vrsta raztopin glukoze z različnimi koncentracijami. Obarvane ali slepe vzorce smo pripravili z mešanjem raztopine glukoze ali deionizirane vode s kromogenimi raztopinami glukozne oksidaze (GOD) in peroksidaze (POD) 37 v fiksnem volumskem razmerju 3:1. Slika 8 prikazuje optične fotografije devetih obarvanih vzorcev (S2-S10) s koncentracijami glukoze od 2,0 mM (levo) do 5,12 nM (desno). Rdečina se zmanjšuje z zmanjševanjem koncentracije glukoze.
Rezultati meritev vzorcev 4, 9 in 10 s fotometrom na osnovi MWC so prikazani na slikah 9(a)-(c). Kot je prikazano na sliki 9(c), izmerjeni ΔV postane manj stabilen in se med meritvijo počasi povečuje, saj se barva samega reagenta GOD-POD (tudi brez dodajanja glukoze) počasi spreminja v svetlobi. Zato zaporednih meritev ΔV ni mogoče ponoviti za vzorce s koncentracijo glukoze manjšo od 5,12 nM (vzorec 10), ker ko je ΔV dovolj majhen, nestabilnosti reagenta GOD-POD ni več mogoče zanemariti. Zato je meja zaznavnosti za raztopino glukoze 5,12 nM, čeprav je ustrezna vrednost ΔV (0,52 µV) veliko večja od vrednosti šuma (0,03 µV), kar kaže, da je še vedno mogoče zaznati majhen ΔV. To mejo zaznavnosti je mogoče dodatno izboljšati z uporabo stabilnejših kromogenih reagentov.
(a) Rezultati meritev za vzorec 4, (b) vzorec 9 in (c) vzorec 10 z uporabo fotometra na osnovi MWC.
Absorbanco AMWC je mogoče izračunati z uporabo izmerjenih vrednosti Vcolor, Vblank in Vdark. Za fotodetektor z ojačanjem 105 je Vdark -0,068 μV. Meritve za vse vzorce je mogoče nastaviti v dodatnem gradivu. Za primerjavo so bili vzorci glukoze izmerjeni tudi s spektrofotometrom in izmerjena absorbanca Acuvette je dosegla mejo zaznavnosti 0,64 µM (vzorec 7), kot je prikazano na sliki 10.
Razmerje med absorbanco in koncentracijo je prikazano na sliki 11. S fotometrom na osnovi MWC je bilo doseženo 125-kratno izboljšanje meje zaznavnosti v primerjavi s spektrofotometrom na osnovi kivete. To izboljšanje je manjše kot pri testu z rdečim črnilom zaradi slabe stabilnosti reagenta GOD-POD. Opazili so tudi nelinearno povečanje absorbance pri nizkih koncentracijah.
Fotometer na osnovi MWC je bil razvit za ultra občutljivo zaznavanje tekočih vzorcev. Optično pot je mogoče močno povečati in je veliko daljša od fizične dolžine MWC, ker se svetloba, ki jo razpršijo valovite gladke kovinske stranske stene, lahko zadrži znotraj kapilare ne glede na kot vpada. Z uporabo običajnih reagentov GOD-POD je mogoče doseči koncentracije do 5,12 nM zaradi nove nelinearne optične ojačitve ter hitrega preklapljanja vzorcev in zaznavanja glukoze. Ta kompaktni in poceni fotometer se bo pogosto uporabljal v znanostih o življenju in okoljskem spremljanju za analizo sledi.
Kot je prikazano na sliki 1, je fotometer na osnovi MWC sestavljen iz 7 cm dolgega MWC-ja (notranji premer 1,7 mm, zunanji premer 3,18 mm, elektropolirana notranja površina razreda EP, kapilara iz nerjavečega jekla SUS316L), LED diode z valovno dolžino 505 nm (Thorlabs M505F1) in leč (razpon žarka približno 6,6 stopinj), fotodetektorja s spremenljivim ojačanjem (Thorlabs PDB450C) in dveh T-priključkov za optično komunikacijo in vhod/izhod tekočine. T-priključek je izdelan tako, da se prozorna kremenčeva plošča pritrdi na PMMA cev, v katero sta tesno vstavljeni in prilepljeni MWC in Peek cevki (0,72 mm notranji premer, 1,6 mm zunanji premer, Vici Valco Corp.). Za preklapljanje vhodnega vzorca se uporablja tripotni ventil, priključen na dovodno cev Pike. Fotodetektor lahko pretvori prejeto optično moč P v ojačan napetostni signal N×V (kjer je V/P = 1,0 V/W pri 1550 nm, je mogoče ojačanje N ročno nastaviti v območju 103–107). Zaradi kratkosti se kot izhodni signal namesto N×V uporablja V.
Za primerjavo je bil za merjenje absorbance tekočih vzorcev uporabljen tudi komercialni spektrofotometer (Agilent Technologies Cary 300 serija z visoko učinkovitim fotomultiplikatorjem R928) z 1,0 cm kivetno celico.
Notranja površina reza MWC je bila pregledana z optičnim površinskim profilerjem (ZYGO New View 5022) z vertikalno in lateralno ločljivostjo 0,1 nm oziroma 0,11 µm.
Vse kemikalije (analitske kakovosti, brez nadaljnjega čiščenja) so bile kupljene pri podjetju Sichuan Chuangke Biotechnology Co., Ltd. Kompleti za testiranje glukoze vključujejo glukozno oksidazo (GOD), peroksidazo (POD), 4-aminoantipirin in fenol itd. Kromogena raztopina je bila pripravljena po običajni metodi GOD-POD 37.
Kot je prikazano v tabeli 2, je bila z uporabo deionizirane vode (DE H2O) kot redčila pripravljena vrsta raztopin glukoze z različnimi koncentracijami in metodo serijskega redčenja (za podrobnosti glejte Dodatni materiali). Obarvane ali slepe vzorce pripravite tako, da raztopino glukoze oziroma deionizirano vodo zmešate s kromogeno raztopino v fiksnem volumskem razmerju 3:1. Vsi vzorci so bili pred meritvijo 10 minut shranjeni pri 37 °C, zaščiteni pred svetlobo. Pri metodi GOD-POD se obarvani vzorci obarvajo rdeče z absorpcijskim maksimumom pri 505 nm, absorpcija pa je skoraj sorazmerna s koncentracijo glukoze.
Kot je prikazano v tabeli 1, je bila serija raztopin rdečega črnila (Ostrich Ink Co., Ltd., Tianjin, Kitajska) pripravljena z metodo serijskega redčenja z uporabo deionizirane vode kot topila.
Kako citirati ta članek: Bai, M. et al. Kompaktni fotometer na osnovi kovinskih valovodnih kapilar: za določanje nanomolarnih koncentracij glukoze. the science. 5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
Dress, P. in Franke, H. Povečanje natančnosti analize tekočin in nadzora pH-vrednosti z uporabo valovoda s tekočinskim jedrom. Dress, P. in Franke, H. Povečanje natančnosti analize tekočin in nadzora pH-vrednosti z uporabo valovoda s tekočinskim jedrom.Dress, P. in Franke, H. Izboljšanje natančnosti analize tekočin in nadzora pH z valovodom s tekočinskim jedrom. 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. in Franke, H. Izboljšanje natančnosti analize tekočin in nadzora pH z uporabo valovodov s tekočinskim jedrom.Preklopi na znanost. meter. 68, 2167–2171 (1997).
Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ in Hansell, DA Neprekinjeno kolorimetrično določanje sledov amonija v morski vodi z dolgopotno kapilarno celico s tekočinskim valovodom. Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ in Hansell, DA Neprekinjeno kolorimetrično določanje sledov amonija v morski vodi z dolgopotno kapilarno celico s tekočinskim valovodom.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ in Hansel, DA Neprekinjeno kolorimetrično določanje sledov amonija v morski vodi z uporabo kapilarne celice s tekočinskim valovodom. 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 in Hansel, DA Neprekinjeno kolorimetrično določanje sledov amonija v morski vodi z uporabo kapilar z dolgim ​​dosegom tekočinskih valovodov.Kemija marca, 96, 73–85 (2005).
Páscoa, RNMJ, Tóth, IV in Rangel, AOSS: Pregled nedavnih uporab kapilarne celice s tekočinskim valovodom v tehnikah analize pretoka za povečanje občutljivosti spektroskopskih metod detekcije. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV in Rangel, AOSS: Pregled nedavnih uporab kapilarne celice s tekočinskim valovodom v tehnikah analize pretoka za povečanje občutljivosti spektroskopskih metod detekcije.Pascoa, RNMJ, Toth, IV in Rangel, AOSS Pregled nedavnih uporab kapilarne celice s tekočinskim valovodom v tehnikah analize pretoka za izboljšanje občutljivosti spektroskopskih metod detekcije. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV in 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 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 灵敏度Pascoa, RNMJ, Toth, IV in Rangel, AOSS Pregled nedavne uporabe kapilarnih celic s tekočinskim valovodom v analitičnih metodah, ki temeljijo na pretoku, za povečanje občutljivosti spektroskopskih metod detekcije.anus. Kim. Zakon 739, 1–13 (2012).
Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. in Shen, J. Raziskava debeline filmov Ag in AgI v kapilari za votle valovodne vodnike. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. in Shen, J. Raziskava debeline filmov Ag in AgI v kapilari za votle valovodne vodnike.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. in Shen J. Raziskava debeline filmov Ag, AgI v kapilari za votle valovodne vodnike. 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. in Shen, J. Raziskava debeline tanke plasti Ag in AgI v zračnem kanalu.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. in Shen J. Raziskava debeline tankih plasti Ag, AgI v kapilarah votlih valovodov.Infrardeča fizika. tehnologija 42, 501–508 (2001).
Gimbert, LJ, Haygarth, PM in Worsfold, PJ Določanje nanomolarnih koncentracij fosfata v naravnih vodah z uporabo pretočnega vbrizgavanja s kapilarno celico s tekočinskim valovodom z dolgo potjo in spektrofotometrično detekcijo v trdnem stanju. Gimbert, LJ, Haygarth, PM in Worsfold, PJ Določanje nanomolarnih koncentracij fosfata v naravnih vodah z uporabo pretočnega vbrizgavanja s kapilarno celico s tekočinskim valovodom z dolgo potjo in spektrofotometrično detekcijo v trdnem stanju.Gimbert, LJ, Haygarth, PM in Worsfold, PJ Določanje nanomolarnih koncentracij fosfata v naravnih vodah z uporabo pretočnega vbrizgavanja s kapilarno celico s tekočinskim valovodom in spektrofotometrične detekcije v trdnem stanju. Gimbert, LJ, Haygarth, PM in 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 in Worsfold, PJ Določanje koncentracije fosfata v naravni vodi z uporabo tekoče brizge in kapilarne cevi za tekočinski valovod z dolgim ​​dosegom.Gimbert, LJ, Haygarth, PM in Worsfold, PJ Določanje nanomolarnega fosfata v naravni vodi z uporabo injekcijskega toka in kapilarnega valovoda z dolgo optično potjo in spektrofotometrično detekcijo v trdnem stanju.Taranta 71, 1624–1628 (2007).
Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. in Liu, S. Linearnost in efektivna optična dolžina poti kapilarnih celic s tekočinskim valovodom. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. in Liu, S. Linearnost in efektivna optična dolžina poti kapilarnih celic s tekočinskim valovodom.Belz M., Dress P., Suhitsky A. in Liu S. Linearnost in efektivna dolžina optične poti v tekočih valovodih v kapilarnih celicah. 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. in Liu, S. Linearnost in efektivna dolžina tekoče vode.Belz M., Dress P., Suhitsky A. in Liu S. Linearna in efektivna dolžina optične poti v tekočem valu kapilarne celice.SPIE 3856, 271–281 (1999).
Dallas, T. in Dasgupta, PK Luč na koncu tunela: nedavne analitične aplikacije valovodov s tekočim jedrom. Dallas, T. in Dasgupta, PK Luč na koncu tunela: nedavne analitične aplikacije valovodov s tekočim jedrom.Dallas, T. in Dasgupta, PK Luč na koncu tunela: nedavne analitične aplikacije valovodov s tekočim jedrom. Dallas, T. & Dasgupta, PK Luč na koncu tunela：液芯波导的最新分析应用。 Dallas, T. & Dasgupta, PK Luč na koncu tunela：液芯波导的最新分析应用。Dallas, T. in Dasgupta, PK Luč na koncu tunela: najnovejša analitična uporaba valovodov s tekočim jedrom.TrAC, analiza trendov. Chemical. 23, 385–392 (2004).
Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR in McKelvie, ID Vsestranska fotometrična detekcijska celica s popolno notranjo refleksijo za analizo pretoka. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR in McKelvie, ID Vsestranska fotometrična detekcijska celica s popolno notranjo refleksijo za analizo pretoka.Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR in McKelvey, ID Univerzalna fotometrična celica za popolno notranjo refleksijo za analizo pretoka. 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 in McKelvie, IDEllis, PS, Gentle, BS, Grace, MR in McKelvey, ID Univerzalna TIR fotometrična celica za analizo pretoka.Taranta 79, 830–835 (2009).
Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ in McKelvie, ID Večrefleksna fotometrična pretočna celica za uporabo pri analizi pretočnega vbrizgavanja v estuarijskih vodah. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ in McKelvie, ID Večrefleksna fotometrična pretočna celica za uporabo pri analizi pretočnega vbrizgavanja v estuarijskih vodah.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ in McKelvey, ID Večrefleksna fotometrična pretočna celica za uporabo pri analizi pretoka estuarijskih voda. 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 in McKelvie, ID.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ in McKelvey, ID Večrefleksna fotometrična pretočna celica za analizo vbrizgavanja pretoka v estuarijskih vodah.anus Chim. Acta 499, 81-89 (2003).
Pan, J. -Z., Yao, B. in Fang, Q. Ročni fotometer, ki temelji na detekciji absorpcije s tekoče-jedrnim valovodom za vzorce v nanolitrski velikosti. Pan, J.-Z., Yao, B. in Fang, Q. Ročni fotometer, ki temelji na detekciji absorpcije s tekoče-jedrnim valovodom za vzorce v nanolitrski velikosti.Pan, J.-Z., Yao, B. in Fang, K. Ročni fotometer, ki temelji na detekciji absorpcije valovnih dolžin s tekočim jedrom za vzorce v nanolitrski velikosti. 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 podlagi 液芯波波水水水油法的纳法手手手持光度计。Pan, J.-Z., Yao, B. in Fang, K. Ročni fotometer z nanoskopskim vzorcem, ki temelji na zaznavanju absorpcije v tekočem jedrnem valu.Anus Chemical, 82, 3394–3398 (2010).
Zhang, J.-Z. Povečanje občutljivosti analize injekcijskega pretoka z uporabo kapilarne pretočne celice z dolgo optično potjo za spektrofotometrično detekcijo. anus. the science. 22, 57–60 (2006).
D'Sa, EJ in Steward, RG Uporaba tekočega kapilarnega valovoda v absorbančni spektroskopiji (odgovor na komentar Byrneja in Kaltenbacherja). D'Sa, EJ in Steward, RG Uporaba tekočega kapilarnega valovoda v absorbančni spektroskopiji (odgovor na komentar Byrneja in Kaltenbacherja).D'Sa, EJ in Steward, RG Uporaba tekočih kapilarnih valovodov v absorpcijski spektroskopiji (odgovor na komentarje Byrneja in Kaltenbacherja). 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 Uporaba tekočega 毛绿波波对在absorpcijskega spektra（回复Byrne和Kaltenbacher的评论）.D'Sa, EJ in Steward, RG Tekoči kapilarni valovodi za absorpcijsko spektroskopijo (kot odgovor na komentarje Byrneja in Kaltenbacherja).limonol. Oceanograf. 46, 742–745 (2001).
Khijwania, SK in Gupta, BD Senzor absorpcije iz optičnih vlaken z evanescentnim poljem: vpliv parametrov vlaken in geometrije sonde. Khijwania, SK in Gupta, BD Senzor absorpcije iz optičnih vlaken z evanescentnim poljem: vpliv parametrov vlaken in geometrije sonde.Hijvania, SK in Gupta, BD Senzor absorpcije polja z optičnimi vlakni: vpliv parametrov vlaken in geometrije sonde. 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 in Gupta, BDHijvania, SK in Gupta, BD Optični senzorji z absorpcijo evanescentnega polja: vpliv parametrov vlaken in geometrije sonde.Optika in kvantna elektronika 31, 625–636 (1999).
Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. in Woodruff, SD Kotni izhod votlih, kovinsko obloženih Ramanovih senzorjev z valovodom. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. in Woodruff, SD Kotni izhod votlih, kovinsko obloženih Ramanovih senzorjev z valovodom.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. in Woodruff, SD Kotni izhod Ramanovih senzorjev z votlim valovodom in kovinsko oblogo. 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. in Woodruff, SD Kotni izhod Ramanovega senzorja z valovodom iz gole kovine.prijava za izbiro 51, 2023–2025 (2012).
Harrington, JA Pregled votlih valovodov za prenos IR. integracija vlaken. izbira. 19, 211–227 (2000).