Salamat sa pagbisita sa Nature.com. Limitado ang suporta sa CSS sa bersyon ng browser na iyong ginagamit. Para sa pinakamahusay na karanasan, inirerekomenda namin na gumamit ka ng updated na browser (o i-disable ang Compatibility Mode sa Internet Explorer). Samantala, upang matiyak ang patuloy na suporta, ire-render namin ang site nang walang mga style at JavaScript.
Ang trace analysis ng mga likidong sample ay may malawak na hanay ng mga aplikasyon sa agham ng buhay at pagsubaybay sa kapaligiran. Sa gawaing ito, nakabuo kami ng isang siksik at murang photometer batay sa mga metal waveguide capillary (MCC) para sa ultrasensitive na pagtukoy ng absorption. Ang optical path ay maaaring lubos na mapalawak, at mas mahaba kaysa sa pisikal na haba ng MWC, dahil ang liwanag na nakakalat sa pamamagitan ng corrugated smooth metal sidewalls ay maaaring maitago sa loob ng capillary anuman ang anggulo ng incidence. Ang mga konsentrasyon na kasingbaba ng 5.12 nM ay maaaring makamit gamit ang mga karaniwang chromogenic reagents dahil sa mga bagong non-linear optical amplification at mabilis na sample switching at glucose detection.
Malawakang ginagamit ang photometry para sa trace analysis ng mga likidong sample dahil sa dami ng magagamit na chromogenic reagents at semiconductor optoelectronic devices1,2,3,4,5. Kung ikukumpara sa tradisyonal na cuvette-based absorbance determination, ang liquid waveguide (LWC) capillaries ay nagre-reflect (TIR) ​​sa pamamagitan ng pagpapanatili ng liwanag sa loob ng capillary1,2,3,4,5. Gayunpaman, kung walang karagdagang pagpapabuti, ang optical path ay malapit lamang sa pisikal na haba ng LWC3.6, at ang pagpapataas ng haba ng LWC na lampas sa 1.0 m ay magdurusa sa malakas na light attenuation at mataas na panganib ng mga bula, atbp.3, 7. Tungkol sa iminungkahing multi-reflection cell para sa mga pagpapabuti ng optical path, ang detection limit ay mapapabuti lamang ng 2.5-8.9 na factor.
Sa kasalukuyan, may dalawang pangunahing uri ng LWC, ang Teflon AF capillaries (na may refractive index na ~1.3 lamang, na mas mababa kaysa sa tubig) at silica capillaries na pinahiran ng Teflon AF o metal films1,3,4. Upang makamit ang TIR sa interface sa pagitan ng mga dielectric na materyales, kinakailangan ang mga materyales na may mababang refractive index at mataas na light incidence angles3,6,10. Tungkol sa mga Teflon AF capillaries, ang Teflon AF ay nakakahinga dahil sa porous structure nito3,11 at kayang sumipsip ng maliliit na dami ng mga sangkap sa mga sample ng tubig. Para sa mga quartz capillaries na pinahiran sa labas ng Teflon AF o metal, ang refractive index ng quartz (1.45) ay mas mataas kaysa sa karamihan ng mga liquid sample (hal. 1.33 para sa tubig)3,6,12,13. Para sa mga capillary na pinahiran ng metal film sa loob, pinag-aralan ang mga katangian ng transportasyon14,15,16,17,18, ngunit ang proseso ng patong ay kumplikado, ang ibabaw ng metal film ay may magaspang at porous structure4,19.
Bukod pa rito, ang mga komersyal na LWC (AF Teflon Coated Capillaries at AF Teflon Coated Silica Capillaries, World Precision Instruments, Inc.) ay may ilang iba pang mga disbentaha, tulad ng: para sa mga fault. . Ang malaking dead volume ng TIR3,10, (2) T-connector (upang ikonekta ang mga capillary, fibers, at inlet/outlet tubes) ay maaaring makakulong ng mga bula ng hangin10.
Kasabay nito, ang pagtukoy sa mga antas ng glucose ay napakahalaga para sa pagsusuri ng diabetes, cirrhosis ng atay, at sakit sa pag-iisip20. At maraming paraan ng pagtuklas tulad ng photometry (kabilang ang spectrophotometry 21, 22, 23, 24, 25 at colorimetry sa papel 26, 27, 28), galvanometry 29, 30, 31, fluorometry 32, 33, 34, 35, optical polarimetry 36, surface plasmon resonance. 37, Fabry-Perot cavity 38, electrochemistry 39 at capillary electrophoresis 40,41 at iba pa. Gayunpaman, karamihan sa mga pamamaraang ito ay nangangailangan ng mamahaling kagamitan, at ang pagtuklas ng glucose sa ilang nanomolar concentrations ay nananatiling isang hamon (halimbawa, para sa mga photometric measurements21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, ang pinakamababang konsentrasyon ng glucose). Ang limitasyon ay 30 nM lamang noong ginamit ang mga Prussian blue nanoparticle bilang mga peroxidase mimics). Ang mga nanomolar glucose analyses ay kadalasang kinakailangan para sa mga molecular-level cellular studies tulad ng pagsugpo sa paglaki ng kanser sa prostate ng tao42 at ang CO2 fixation behavior ng Prochlorococcus sa karagatan.
Sa artikulong ito, isang siksik at murang photometer na nakabatay sa isang metal waveguide capillary (MWC), isang SUS316L stainless steel capillary na may electropolished inner surface, ang binuo para sa ultrasensitive absorption determination. Dahil ang liwanag ay maaaring makulong sa loob ng mga metal capillary anuman ang anggulo ng incidence, ang optical path ay maaaring lubos na mapataas sa pamamagitan ng light scattering sa corrugated at makinis na metal surfaces, at mas mahaba ito kaysa sa pisikal na haba ng MWC. Bukod pa rito, isang simpleng T-connector ang dinisenyo para sa optical connection at fluid inlet/outlet upang mabawasan ang dead volume at maiwasan ang bubble entrapment. Para sa 7 cm MWC photometer, ang detection limit ay pinabuti ng humigit-kumulang 3000 beses kumpara sa komersyal na spectrophotometer na may 1 cm cuvette dahil sa bagong pagpapahusay ng non-linear optical path at mabilis na sample switching, at makakamit din ang glucose detection concentration. 5.12 nM lamang gamit ang mga karaniwang chromogenic reagents.
Gaya ng ipinapakita sa Figure 1, ang MWC-based photometer ay binubuo ng isang 7 cm na haba na MWC na may EP grade electropolish inner surface, isang 505 nm LED na may lens, isang adjustable gain photodetector, at dalawa para sa optical coupling at liquid input. Labasan. Isang three-way valve na konektado sa Pike inlet tube ang ginagamit upang ilipat ang papasok na sample. Ang Peek tube ay mahigpit na kumakapit sa quartz plate at MWC, kaya ang dead volume sa T-connector ay napapanatiling mababa, na epektibong pumipigil sa pagkakulong ng mga bula ng hangin. Bukod pa rito, ang collimated beam ay madali at mahusay na maipasok sa MWC sa pamamagitan ng T-piece quartz plate.
Ang beam at liquid sample ay ipinapasok sa MCC sa pamamagitan ng isang T-piece, at ang beam na dumadaan sa MCC ay tinatanggap ng isang photodetector. Ang mga papasok na solusyon ng mga stained o blankong sample ay salitan na ipinasok sa ICC sa pamamagitan ng isang three-way valve. Ayon sa batas ni Beer, ang optical density ng isang colored sample ay maaaring kalkulahin mula sa equation. 1.10
kung saan ang Vcolor at Vblank ay ang mga output signal ng photodetector kapag ang mga color at blank sample ay ipinasok sa MCC, ayon sa pagkakabanggit, at ang Vdark ay ang background signal ng photodetector kapag ang LED ay naka-off. Ang pagbabago sa output signal na ΔV = Vcolor–Vblank ay maaaring masukat sa pamamagitan ng switching samples. Ayon sa equation. Gaya ng ipinapakita sa Figure 1, kung ang ΔV ay mas maliit kaysa sa Vblank–Vdark, kapag gumagamit ng sampling switching scheme, ang maliliit na pagbabago sa Vblank (hal. drift) ay maaaring magkaroon ng kaunting epekto sa halaga ng AMWC.
Upang ihambing ang performance ng MWC-based photometer sa cuvette-based spectrophotometer, isang pulang solusyon ng tinta ang ginamit bilang color sample dahil sa mahusay nitong color stability at mahusay na concentration-absorbance linearity, ang DI H2O bilang blankong sample. Gaya ng ipinapakita sa Table 1, isang serye ng mga pulang solusyon ng tinta ang inihanda gamit ang serial dilution method gamit ang DI H2O bilang solvent. Ang relatibong konsentrasyon ng sample 1 (S1), undiluted original red paint, ay natukoy bilang 1.0. Sa fig., ipinapakita ng Figure 2 ang mga optical photograph ng 11 pulang sample ng tinta (S4 hanggang S14) na may relatibong konsentrasyon (nakalista sa Table 1) mula 8.0 × 10–3 (kaliwa) hanggang 8.2 × 10–10 (kanan).
Ang mga resulta ng pagsukat para sa sample 6 ay ipinapakita sa Mga Larawan 3(a). Ang mga punto ng paglipat sa pagitan ng mga stained at blank sample ay minarkahan sa larawan ng dobleng arrow na "↔". Makikita na ang output voltage ay mabilis na tumataas kapag lumilipat mula sa mga color sample patungo sa mga blank sample at vice versa. Ang Vcolor, Vblank at ang katumbas na ΔV ay maaaring makuha gaya ng ipinapakita sa larawan.
(a) Mga resulta ng pagsukat para sa sampol 6, (b) sampol 9, (c) sampol 13, at (d) sampol 14 gamit ang isang photometer na nakabatay sa MWC.
Ang mga resulta ng pagsukat para sa mga sample 9, 13, at 14 ay ipinapakita sa Mga Larawan 3(b)-(d), ayon sa pagkakabanggit. Gaya ng ipinapakita sa Larawan 3(d), ang nasukat na ΔV ay 5 nV lamang, na halos 3 beses ang halaga ng ingay (2 nV). Ang isang maliit na ΔV ay mahirap makilala mula sa ingay. Kaya, ang limitasyon ng pagtuklas ay umabot sa isang relatibong konsentrasyon na 8.2×10-10 (sample 14). Sa tulong ng mga equation. 1. Ang absorbance ng AMWC ay maaaring kalkulahin mula sa nasukat na mga halaga ng Vcolor, Vblank at Vdark. Para sa isang photodetector na may gain na 104, ang Vdark ay -0.68 μV. Ang mga resulta ng pagsukat para sa lahat ng mga sample ay nakabuod sa Talahanayan 1 at matatagpuan sa karagdagang materyal. Gaya ng ipinapakita sa Talahanayan 1, ang absorbance na matatagpuan sa mataas na konsentrasyon ay saturated, kaya ang absorbance na higit sa 3.7 ay hindi maaaring masukat gamit ang mga spectrometer na nakabatay sa MWC.
Bilang paghahambing, isang pulang sample ng tinta ang sinukat din gamit ang isang spectrophotometer at ang nasukat na absorbance ng Acuvette ay ipinapakita sa Figure 4. Ang mga halaga ng Acuvette sa 505 nm (tulad ng ipinapakita sa Table 1) ay nakuha sa pamamagitan ng pagtukoy sa mga kurba ng mga sample 10, 11, o 12 (tulad ng ipinapakita sa inset). sa Fig. 4) bilang baseline. Gaya ng ipinapakita, ang detection limit ay umabot sa relatibong konsentrasyon na 2.56 x 10-6 (sample 9) dahil ang mga absorption curve ng mga sample 10, 11 at 12 ay hindi mapag-iba sa isa't isa. Kaya, kapag ginamit ang MWC-based photometer, ang detection limit ay pinabuti ng 3125 factor kumpara sa cuvette-based spectrophotometer.
Ang dependence absorption-concentration ay ipinapakita sa Fig.5. Para sa mga sukat ng cuvette, ang absorbance ay proporsyonal sa konsentrasyon ng tinta sa haba ng landas na 1 cm. Samantalang, para sa mga sukat na nakabatay sa MWC, isang non-linear na pagtaas sa absorbance ang naobserbahan sa mababang konsentrasyon. Ayon sa batas ni Beer, ang absorbance ay proporsyonal sa haba ng optical path, kaya ang absorption gain AEF (tinukoy bilang AEF = AMWC/Acuvette sa parehong konsentrasyon ng tinta) ay ang ratio ng MWC sa haba ng optical path ng cuvette. Gaya ng ipinapakita sa Figure 5, sa mataas na konsentrasyon, ang constant AEF ay nasa bandang 7.0, na makatwiran dahil ang haba ng MWC ay eksaktong 7 beses ang haba ng isang 1 cm cuvette. Gayunpaman, sa mababang konsentrasyon (kaugnay na konsentrasyon <1.28 × 10-5), ang AEF ay tumataas kasabay ng pagbaba ng konsentrasyon at aabot sa halagang 803 sa kaugnay na konsentrasyon na 8.2 × 10-10 sa pamamagitan ng pag-extrapolate ng kurba ng pagsukat batay sa cuvette. Gayunpaman, sa mababang konsentrasyon (kaugnay na konsentrasyon <1.28 × 10-5), ang AEF ay tumataas kasabay ng pagbaba ng konsentrasyon at aabot sa halagang 803 sa kaugnay na konsentrasyon na 8.2 × 10-10 sa pamamagitan ng pag-extrapolate ng kurba ng pagsukat batay sa cuvette. Однако при низких концентрациях (относительная концентрация <1,28 × 10–5) AEF увелижчивается с уменьшением ткрация достигать значения 803 при относительной концентрации 8,2 × 10–10 при экстраполяции кривой измерения на основет . Gayunpaman, sa mababang konsentrasyon (relative concentration <1.28 × 10–5), ang AEF ay tumataas kasabay ng pagbaba ng konsentrasyon at maaaring umabot sa halagang 803 sa relative concentration na 8.2 × 10–10 kapag ini-extrapolate mula sa isang cuvette-based measurement curve.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.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 通迎比色皿 测量 曲线 ， 在 浓度 为 8.2 × 10-10 时 达到 达到 达到 达到 达到803 。 Однако при низких концентрациях (релевантные концентрации < 1,28 × 10-5) АЭП увеличивается с уменьшениетрацим экстраполяции кривой измерения на основе кюветы она достигает значения относительной концентрации 8,2 × 803 10. Gayunpaman, sa mababang konsentrasyon (mga kaugnay na konsentrasyon na < 1.28 × 10-5) ang AED ay tumataas kasabay ng pagbaba ng konsentrasyon, at kapag ini-extrapolate mula sa isang cuvette-based measurement curve, naaabot nito ang isang relatibong halaga ng konsentrasyon na 8.2 × 10–10803.Nagreresulta ito sa katumbas na optical path na 803 cm (AEF × 1 cm), na mas mahaba kaysa sa pisikal na haba ng MWC, at mas mahaba pa kaysa sa pinakamahabang komersyal na available na LWC (500 cm mula sa World Precision Instruments, Inc.). Ang Doko Engineering LLC ay may haba na 200 cm). Ang hindi linear na pagtaas na ito sa absorption sa LWC ay hindi pa naiulat noon.
Sa fig. 6(a)-(c), makikita ang isang optical image, isang microscope image, at isang optical profiler image ng panloob na ibabaw ng seksyon ng MWC, ayon sa pagkakabanggit. Gaya ng ipinapakita sa fig. 6(a), ang panloob na ibabaw ay makinis at makintab, kayang mag-reflect ng nakikitang liwanag, at lubos na repleksyon. Gaya ng ipinapakita sa fig. 6(b), dahil sa deformability at mala-kristal na katangian ng metal, lumilitaw ang maliliit na mesa at mga iregularidad sa makinis na ibabaw. Dahil sa maliit na lawak (<5 μm×5 μm), ang kagaspangan ng halos lahat ng ibabaw ay mas mababa sa 1.2 nm (Larawan 6(c)). Kung titingnan ang isang maliit na lugar (<5 μm×5 μm), ang gaspang ng karamihan sa mga ibabaw ay mas mababa sa 1.2 nm (Larawan 6(c)). Ввиду малой площади (<5 мкм×5 мкм) шероховатость большей части поверхности составляет менее 1,2 нм (рис. 6(). Dahil sa maliit na lawak (<5 µm×5 µm), ang kagaspangan ng halos buong ibabaw ay mas mababa sa 1.2 nm (Larawan 6(c)).考虑到小面积（<5 μm×5 μm），大多数表面的粗糙度小于1.2 nm（图6（c））。考虑到小面积（<5 μm×5 μm），大多数表面的粗糙度小于1.2 nm（图6（c））。 Учитывая небольшую площадь (<5 мкм × 5 мкм), шероховатость большинства поверхностей составляет менее (1,2 нм). Kung isasaalang-alang ang maliit na lugar (<5 µm × 5 µm), ang pagkamagaspang ng karamihan sa mga ibabaw ay mas mababa sa 1.2 nm (Larawan 6(c)).
(a) Imaheng optikal, (b) imaheng mikroskopyo, at (c) imaheng optikal ng panloob na ibabaw ng hiwa ng MWC.
Gaya ng ipinapakita sa fig. 7(a), ang optical path na LOP sa capillary ay natutukoy ng anggulo ng insidente θ (LOP = LC/sinθ, kung saan ang LC ay ang pisikal na haba ng capillary). Para sa mga Teflon AF capillary na puno ng DI H2O, ang anggulo ng insidente ay dapat na mas malaki kaysa sa kritikal na anggulo na 77.8°, kaya ang LOP ay mas mababa sa 1.02 × LC nang walang karagdagang pagpapabuti3.6. Samantalang, sa MWC, ang pagkulong ng liwanag sa loob ng capillary ay independiyente sa refractive index o anggulo ng insidente, kaya habang bumababa ang anggulo ng insidente, ang landas ng liwanag ay maaaring mas mahaba kaysa sa haba ng capillary (LOP »LC). Gaya ng ipinapakita sa fig. 7(b), ang ibabaw ng corrugated metal ay maaaring magdulot ng light scattering, na maaaring lubos na magpataas ng optical path.
Samakatuwid, mayroong dalawang landas ng liwanag para sa MWC: direktang liwanag na walang repleksyon (LOP = LC) at liwanag na may ngipin ng lagari na may maraming repleksyon sa pagitan ng mga dingding sa gilid (LOP »LC). Ayon sa batas ni Beer, ang intensidad ng ipinadalang direktang at zigzag na liwanag ay maaaring ipahayag bilang PS×exp(-α×LC) at PZ×exp(-α×LOP) ayon sa pagkakabanggit, kung saan ang constant na α ay ang absorption coefficient, na lubos na nakadepende sa konsentrasyon ng tinta.
Para sa tinta na may mataas na konsentrasyon (hal., kaugnay na konsentrasyon na >1.28 × 10-5), ang zigzag-light ay lubos na humina at ang intensidad nito ay mas mababa kaysa sa straight-light, dahil sa malaking absorption-coefficient at mas mahabang optical-path nito. Para sa tinta na may mataas na konsentrasyon (hal., kaugnay na konsentrasyon na >1.28 × 10-5), ang zigzag-light ay lubos na humina at ang intensidad nito ay mas mababa kaysa sa straight-light, dahil sa malaking absorption-coefficient at mas mahabang optical path nito. Для чернил с высокой концентрацией (halimbawa, относительная концентрация >1,28 × 10-5) зигзагообразный ситхат его интенсивность намного ниже, чем у прямого света, из-за большого коэффициента поглощения и горазого блинента излучения. Para sa tinta na may mataas na konsentrasyon (hal. relatibong konsentrasyon na >1.28×10-5), ang zigzag na ilaw ay lubos na humihina at ang intensidad nito ay mas mababa kaysa sa direktang liwanag dahil sa malaking absorption coefficient at mas matagal na optical emission.track.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 ， 翎度， 这 是 吸收 系数 大 光学 时间 更。。 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长Для чернил с высокой концентрацией (halimbawa, релевантные концентрации >1,28×10-5) зигзагообразный светельзнабил и его интенсивность намного ниже, чем у прямого света из-за большого коэффициента поглощения и болонти глите длите времени. Para sa mga tinta na may mataas na konsentrasyon (hal., mga kaugnay na konsentrasyon na >1.28×10-5), ang zigzag na ilaw ay lubhang humihina at ang intensidad nito ay mas mababa kaysa sa direktang liwanag dahil sa malaking absorption coefficient at mas mahabang optical time.maliit na kalsada.Kaya, ang direktang liwanag ang nangibabaw sa pagtukoy ng absorbance (LOP=LC) at ang AEF ay pinanatili na pare-pareho sa ~7.0. Sa kabaligtaran, kapag ang absorption-coefficient ay bumababa kasabay ng pagbaba ng konsentrasyon ng tinta (hal., ang kaugnay na konsentrasyon ay <1.28 × 10-5), ang intensidad ng zigzag-light ay mas mabilis na tumataas kaysa sa straight-light at pagkatapos ay nagsisimulang gumanap ng mas mahalagang papel ang zigzag-light. Sa kabaligtaran, kapag ang absorption-coefficient ay bumababa kasabay ng pagbaba ng konsentrasyon ng tinta (hal., ang kaugnay na konsentrasyon ay <1.28 × 10-5), ang intensidad ng zigzag-light ay mas mabilis na tumataas kaysa sa straight-light at pagkatapos ay nagsisimulang gumanap ng mas mahalagang papel ang zigzag-light. Напротив, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чернил (например, относитель2, относитель2 10-5). Sa kabaligtaran, kapag bumababa ang absorption coefficient kasabay ng pagbaba ng konsentrasyon ng tinta (halimbawa, ang relatibong konsentrasyon na <1.28×10-5), ang intensidad ng zigzag na ilaw ay mas mabilis na tumataas kaysa sa direktang liwanag, at pagkatapos ay nagsisimulang maglaro ang zigzag na ilaw.mas mahalagang papel.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。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 ， 关 浓度 5 <1.2度， 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 重要更 更 更 更 更 HI的角色。 И наоборот, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чернил (например, соответрацил < 1,28×10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличивается быстрее, чем прямого, и тогда зигзагойбразнаты зигзагобразнаты более важную роль. Sa kabaligtaran, kapag ang koepisyent ng pagsipsip ay bumababa kasabay ng pagbaba ng konsentrasyon ng tinta (halimbawa, ang katumbas na konsentrasyon ay < 1.28×10-5), ang intensidad ng zigzag na ilaw ay mas mabilis na tumataas kaysa sa direktang liwanag, at pagkatapos ay nagsisimulang gumanap ng mas mahalagang papel ang zigzag na ilaw.karakter na ginagampanan.Samakatuwid, dahil sa sawtooth optical path (LOP » LC), ang AEF ay maaaring tumaas nang higit sa 7.0. Ang tumpak na mga katangian ng transmisyon ng liwanag ng MWC ay maaaring makuha gamit ang teorya ng waveguide mode.
Bukod sa pagpapabuti ng optical path, ang mabilis na paglipat ng sample ay nakakatulong din sa napakababang detection limits. Dahil sa maliit na volume ng MCC (0.16 ml), ang oras na kailangan para magpalit at magpalit ng mga solusyon sa MCC ay maaaring mas mababa sa 20 segundo. Gaya ng ipinapakita sa Figure 5, ang minimum na detectable value ng AMWC (2.5 × 10–4) ay 4 na beses na mas mababa kaysa sa Acuvette (1.0 × 10–3). Ang mabilis na paglipat ng dumadaloy na solusyon sa capillary ay nagbabawas sa epekto ng system noise (hal. drift) sa katumpakan ng absorbance difference kumpara sa retention solution sa cuvette. Halimbawa, gaya ng ipinapakita sa fig. 3(b)-(d), ang ΔV ay madaling maiiba mula sa drift signal dahil sa mabilis na paglipat ng sample sa small volume capillary.
Gaya ng ipinapakita sa Talahanayan 2, isang hanay ng mga solusyon ng glucose sa iba't ibang konsentrasyon ang inihanda gamit ang DI H2O bilang solvent. Ang mga stained o blankong sample ay inihanda sa pamamagitan ng paghahalo ng glucose solution o deionized water na may chromogenic solutions ng glucose oxidase (GOD) at peroxidase (POD) 37 sa isang fixed volume ratio na 3:1, ayon sa pagkakabanggit. Sa fig. 8 ay nagpapakita ng mga optical na litrato ng siyam na stained sample (S2-S10) na may konsentrasyon ng glucose mula 2.0 mM (kaliwa) hanggang 5.12 nM (kanan). Ang pamumula ay bumababa kasabay ng pagbaba ng konsentrasyon ng glucose.
Ang mga resulta ng mga sukat ng mga sample 4, 9, at 10 gamit ang isang MWC-based photometer ay ipinapakita sa Mga Larawan 9(a)-(c), ayon sa pagkakabanggit. Gaya ng ipinapakita sa Larawan 9(c), ang nasukat na ΔV ay nagiging hindi gaanong matatag at unti-unting tumataas habang sinusukat habang ang kulay ng GOD-POD reagent mismo (kahit na walang idinagdag na glucose) ay unti-unting nagbabago sa liwanag. Kaya, ang magkakasunod na sukat ng ΔV ay hindi maaaring ulitin para sa mga sample na may konsentrasyon ng glucose na mas mababa sa 5.12 nM (sample 10), dahil kapag sapat na maliit ang ΔV, hindi na maaaring balewalain ang kawalang-tatag ng GOD-POD reagent. Samakatuwid, ang limitasyon ng pagtuklas para sa solusyon ng glucose ay 5.12 nM, bagaman ang katumbas na halaga ng ΔV (0.52 µV) ay mas malaki kaysa sa halaga ng ingay (0.03 µV), na nagpapahiwatig na ang isang maliit na ΔV ay maaari pa ring matukoy. Ang limitasyon ng pagtuklas na ito ay maaaring higit pang mapabuti sa pamamagitan ng paggamit ng mas matatag na chromogenic reagent.
(a) Mga resulta ng pagsukat para sa sampol 4, (b) sampol 9, at (c) sampol 10 gamit ang isang photometer na nakabatay sa MWC.
Ang AMWC absorbance ay maaaring kalkulahin gamit ang nasukat na mga halaga ng Vcolor, Vblank at Vdark. Para sa isang photodetector na may gain na 105, ang Vdark ay -0.068 μV. Ang mga sukat para sa lahat ng sample ay maaaring itakda sa supplementary material. Para sa paghahambing, ang mga sample ng glucose ay sinukat din gamit ang isang spectrophotometer at ang nasukat na absorbance ng Acuvette ay umabot sa detection limit na 0.64 µM (sample 7) gaya ng ipinapakita sa Figure 10.
Ang ugnayan sa pagitan ng absorbance at konsentrasyon ay ipinapakita sa Figure 11. Gamit ang MWC-based photometer, nakamit ang 125-tiklop na pagbuti sa detection limit kumpara sa cuvette-based spectrophotometer. Ang pagbuting ito ay mas mababa kaysa sa red ink assay dahil sa mahinang estabilidad ng GOD-POD reagent. Naobserbahan din ang isang non-linear na pagtaas sa absorbance sa mababang konsentrasyon.
Ang photometer na nakabatay sa MWC ay binuo para sa ultra-sensitibong pagtuklas ng mga likidong sample. Ang optical path ay maaaring lubos na mapalawak, at mas mahaba kaysa sa pisikal na haba ng MWC, dahil ang liwanag na nakakalat sa pamamagitan ng corrugated smooth metal sidewalls ay maaaring maitago sa loob ng capillary anuman ang anggulo ng incidence. Ang mga konsentrasyon na kasingbaba ng 5.12 nM ay maaaring makamit gamit ang mga conventional GOD-POD reagents salamat sa mga bagong non-linear optical amplification at mabilis na sample switching at glucose detection. Ang compact at murang photometer na ito ay malawakang gagamitin sa life sciences at environmental monitoring para sa trace analysis.
Gaya ng ipinapakita sa Figure 1, ang MWC-based photometer ay binubuo ng isang 7 cm ang haba na MWC (panloob na diyametro 1.7 mm, panlabas na diyametro 3.18 mm, EP class electropolish inner surface, SUS316L stainless steel capillary), isang 505 nm wavelength LED (Thorlabs M505F1), at mga lente (beam spread na humigit-kumulang 6.6 degrees), variable gain photodetector (Thorlabs PDB450C) at dalawang T-connector para sa optical communication at liquid in/out. Ang T-connector ay ginagawa sa pamamagitan ng pagdidikit ng isang transparent quartz plate sa isang PMMA tube kung saan mahigpit na ipinasok at idinidikit ang mga MWC at Peek tube (0.72 mm ID, 1.6 mm OD, Vici Valco Corp.). Isang three-way valve na konektado sa Pike inlet tube ang ginagamit upang ilipat ang papasok na sample. Kayang i-convert ng photodetector ang natanggap na optical power na P tungo sa isang amplified voltage signal na N×V (kung saan ang V/P = 1.0 V/W sa 1550 nm, ang gain N ay maaaring manu-manong i-adjust sa hanay na 103-107). Para sa kaiklian, V ang ginagamit sa halip na N×V bilang output signal.
Bilang paghahambing, isang komersyal na spectrophotometer (Agilent Technologies Cary 300 series na may R928 High Efficiency Photomultiplier) na may 1.0 cm cuvette cell ang ginamit din upang sukatin ang absorbance ng mga likidong sample.
Ang panloob na ibabaw ng hiwa ng MWC ay sinuri gamit ang isang optical surface profiler (ZYGO New View 5022) na may patayo at lateral na resolusyon na 0.1 nm at 0.11 µm, ayon sa pagkakabanggit.
Lahat ng kemikal (analytical grade, wala nang karagdagang purification) ay binili mula sa Sichuan Chuangke Biotechnology Co., Ltd. Kasama sa mga glucose test kit ang glucose oxidase (GOD), peroxidase (POD), 4-aminoantipyrine at phenol, atbp. Ang chromogenic solution ay inihanda gamit ang karaniwang GOD-POD 37 na pamamaraan.
Gaya ng ipinapakita sa Talahanayan 2, ang iba't ibang solusyon ng glucose sa iba't ibang konsentrasyon ay inihanda gamit ang DI H2O bilang diluent gamit ang serial dilution method (tingnan ang Mga Supplementary Materials para sa mga detalye). Maghanda ng mga stained o blankong sample sa pamamagitan ng paghahalo ng glucose solution o deionized water sa chromogenic solution sa isang fixed volume ratio na 3:1, ayon sa pagkakabanggit. Lahat ng sample ay iniimbak sa 37°C na protektado mula sa liwanag sa loob ng 10 minuto bago ang pagsukat. Sa GOD-POD method, ang mga stained sample ay nagiging pula na may absorption maximum sa 505 nm, at ang absorption ay halos proporsyonal sa konsentrasyon ng glucose.
Gaya ng ipinapakita sa Talahanayan 1, isang serye ng mga solusyon sa pulang tinta (Ostrich Ink Co., Ltd., Tianjin, China) ang inihanda gamit ang serial dilution method gamit ang DI H2O bilang solvent.
Paano banggitin ang artikulong ito: Bai, M. et al. Compact photometer batay sa mga metal waveguide capillary: para sa pagtukoy ng mga nanomolar na konsentrasyon ng glucose. the science. 5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
Dress, P. & Franke, H. Pagpapataas ng katumpakan ng pagsusuri ng likido at pagkontrol ng pH-value gamit ang isang liquid-core waveguide. Dress, P. & Franke, H. Pagpapataas ng katumpakan ng pagsusuri ng likido at pagkontrol ng pH-value gamit ang isang liquid-core waveguide.Dress, P. at Franke, H. Pagpapabuti ng katumpakan ng pagsusuri ng likido at pagkontrol ng pH gamit ang isang liquid core waveguide. 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. at Franke, H. Pagpapabuti ng katumpakan ng pagsusuri ng likido at pagkontrol ng pH gamit ang mga waveguide ng likidong core.Lumipat sa agham. metro. 68, 2167–2171 (1997).
Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ & Hansell, DA Patuloy na colorimetric na pagtukoy ng bakas ng ammonium sa tubig-dagat gamit ang isang long-path liquid waveguide capillary cell. Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ & Hansell, DA Patuloy na colorimetric na pagtukoy ng bakas ng ammonium sa tubig-dagat gamit ang isang long-path liquid waveguide capillary cell.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ at Hansel, DA Patuloy na kolorimetrikong pagtukoy ng kaunting dami ng ammonium sa tubig-dagat gamit ang isang capillary cell na may likidong waveguide. 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 at Hansel, DA Patuloy na kolorimetrikong pagtukoy ng kaunting dami ng ammonium sa tubig-dagat gamit ang mga long-range liquid waveguide capillary.Kemistri noong Marso. 96, 73–85 (2005).
Páscoa, RNMJ, Tóth, IV at Rangel, AOSS Repaso sa mga kamakailang aplikasyon ng liquid waveguide capillary cell sa mga pamamaraan ng pagsusuri batay sa daloy upang mapahusay ang sensitibidad ng mga pamamaraan ng spectroscopic detection. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV at Rangel, AOSS Repaso sa mga kamakailang aplikasyon ng liquid waveguide capillary cell sa mga pamamaraan ng pagsusuri batay sa daloy upang mapahusay ang sensitibidad ng mga pamamaraan ng spectroscopic detection.Pascoa, RNMJ, Toth, IV at Rangel, AOSS Isang pagsusuri sa mga kamakailang aplikasyon ng liquid waveguide capillary cell sa mga pamamaraan ng pagsusuri ng daloy upang mapabuti ang sensitibidad ng mga pamamaraan ng spectroscopic detection. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV at 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，以提高光谱所。 Páscoa, rnmj, tóth, IV & rangel, aoss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 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 at Rangel, AOSS Isang pagsusuri sa mga kamakailang aplikasyon ng mga liquid waveguide capillary cell sa mga pamamaraang analitikal na nakabatay sa daloy upang mapahusay ang sensitibidad ng mga pamamaraan ng spectroscopic detection.anus. Chim. Act 739, 1-13 (2012).
Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Imbestigasyon sa kapal ng mga pelikulang Ag, AgI sa capillary para sa mga hollow waveguide. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Imbestigasyon sa kapal ng mga pelikulang Ag, AgI sa capillary para sa mga hollow waveguide.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. at Shen J. Imbestigasyon ng kapal ng mga pelikulang Ag, AgI sa capillary para sa mga hollow waveguide. 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. & Shen, J. Pananaliksik sa kapal ng manipis na pelikula ng Ag at AgI sa air duct.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. at Shen J. Imbestigasyon ng kapal ng manipis na pelikula na Ag, AgI sa mga hollow waveguide capillary.Pisika ng infrared. teknolohiya 42, 501–508 (2001).
Gimbert, LJ, Haygarth, PM at Worsfold, PJ Pagtukoy sa mga nanomolar na konsentrasyon ng phosphate sa natural na tubig gamit ang flow injection na may long path length liquid waveguide capillary cell at solid-state spectrophotometric detection. Gimbert, LJ, Haygarth, PM at Worsfold, PJ Pagtukoy sa mga nanomolar na konsentrasyon ng phosphate sa natural na tubig gamit ang flow injection na may long path length liquid waveguide capillary cell at solid-state spectrophotometric detection.Gimbert, LJ, Haygarth, PM at Worsfold, PJ Pagtukoy ng mga konsentrasyon ng nanomolar phosphate sa natural na tubig gamit ang flow injection na may liquid waveguide capillary cell at solid-state spectrophotometric detection. Gimbert, LJ, Haygarth, PM at 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 at Worsfold, PJ Pagtukoy ng konsentrasyon ng phosphate sa natural na tubig gamit ang likidong hiringgilya at long-range liquid waveguide capillary tube.Gimbert, LJ, Haygarth, PM at Worsfold, PJ Pagtukoy ng nanomolar phosphate sa natural na tubig gamit ang injection flow at capillary waveguide na may mahabang optical path at solid-state spectrophotometric detection.Taranta 71, 1624–1628 (2007).
Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Linearity at epektibong optical pathlength ng mga liquid waveguide capillary cell. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Linearity at epektibong optical pathlength ng mga liquid waveguide capillary cell.Belz M., Dress P., Suhitsky A. at Liu S. Linearity at epektibong haba ng optical path sa mga likidong waveguide sa mga capillary cell. 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. & Liu, S. Ang linearidad at epektibong haba ng likidong tubig.Belz M., Dress P., Suhitsky A. at Liu S. Linear at epektibong haba ng optical path sa capillary cell liquid wave.SPIE 3856, 271–281 (1999).
Dallas, T. & Dasgupta, PK Liwanag sa dulo ng tunel: mga kamakailang analitikal na aplikasyon ng mga liquid-core waveguide. Dallas, T. & Dasgupta, PK Liwanag sa dulo ng tunel: mga kamakailang analitikal na aplikasyon ng mga liquid-core waveguide.Dallas, T. at Dasgupta, PK Liwanag sa dulo ng tunel: mga kamakailang analitikal na aplikasyon ng mga liquid-core waveguide. Dallas, T. & Dasgupta, PK Light sa dulo ng tunnel：液芯波导的最新分析应用。 Dallas, T. & Dasgupta, PK Light sa dulo ng tunnel：液芯波导的最新分析应用。Dallas, T. at Dasgupta, PK Liwanag sa dulo ng tunel: ang pinakabagong analitikal na aplikasyon ng mga liquid-core waveguide.TrAC, pagsusuri ng trend. Kemikal. 23, 385–392 (2004).
Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID Isang maraming gamit na total internal reflection photometric detection cell para sa pagsusuri ng daloy. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID Isang maraming gamit na total internal reflection photometric detection cell para sa pagsusuri ng daloy.Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR at McKelvey, ID Universal photometric total internal reflection cell para sa pagsusuri ng daloy. 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 at McKelvie, IDEllis, PS, Gentle, BS, Grace, MR at McKelvey, ID Universal TIR photometric cell para sa pagsusuri ng daloy.Taranta 79, 830–835 (2009).
Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID Multi-reflection photometric flow cell para gamitin sa flow injection analysis ng mga tubig sa estuarine. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID Multi-reflection photometric flow cell para gamitin sa flow injection analysis ng mga tubig sa estuarine.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ at McKelvey, ID Isang multi-reflectance photometric flow cell para gamitin sa pagsusuri ng daloy ng mga tubig sa estuarine. 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 at McKelvie, ID.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ at McKelvey, ID Isang multi-reflectance photometric flow cell para sa pagsusuri ng flow injection sa mga tubig sa estuarine.anus Chim. Acta 499, 81-89 (2003).
Pan, J.-Z., Yao, B. & Fang, Q. Photometer na hawak-kamay batay sa pagtukoy ng pagsipsip ng liquid-core waveguide para sa mga sample na nasa iskala ng nanoliter. Pan, J.-Z., Yao, B. & Fang, Q. Photometer na hawak-kamay batay sa pagtuklas ng pagsipsip ng waveguide ng likido-core para sa mga sample na nasa iskala ng nanoliter.Pan, J.-Z., Yao, B. at Fang, K. Isang hand-held photometer batay sa liquid-core wavelength absorption detection para sa mga sample na nasa nanoliter-scale. 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. Batay sa 液芯波波水水水油法的纳法手手手持光度计。Pan, J.-Z., Yao, B. at Fang, K. Isang hand-held photometer na may nanoscale sample batay sa pagtuklas ng absorption sa isang liquid core wave.Kemikal sa anus. 82, 3394–3398 (2010).
Zhang, J.-Z. Pataasin ang sensitibidad ng pagsusuri ng daloy ng iniksyon sa pamamagitan ng paggamit ng isang capillary flow cell na may mahabang optical path para sa spectrophotometric detection. anus. ang agham. 22, 57–60 (2006).
D'Sa, EJ & Steward, RG Aplikasyon ng likidong capillary waveguide sa absorbance spectroscopy (Tugon sa komento nina Byrne at Kaltenbacher). D'Sa, EJ & Steward, RG Aplikasyon ng likidong capillary waveguide sa absorbance spectroscopy (Tugon sa komento nina Byrne at Kaltenbacher).D'Sa, EJ at Steward, RG Mga Aplikasyon ng mga liquid capillary waveguide sa absorption spectroscopy (Tugon sa mga komento nina Byrne at Kaltenbacher). D'Sa, EJ & Steward, RG 液体毛细管波导在吸收光谱中的应用（回复Byrne 和Kaltenbacher 的评论）。 D'Sa, EJ & Steward, RG Application ng likido 毛绿波波对在absorption spectrum（回复Byrne和Kaltenbacher的评论）.D'Sa, EJ at Steward, RG Mga Liquid capillary waveguides para sa absorption spectroscopy (bilang tugon sa mga komento nina Byrne at Kaltenbacher).limonol. Oseanograpo. 46, 742–745 (2001).
Khijwania, SK & Gupta, BD Fiber optic evanescent field absorption sensor: Epekto ng mga parameter ng fiber at geometry ng probe. Khijwania, SK & Gupta, BD Fiber optic evanescent field absorption sensor: Epekto ng mga parameter ng fiber at geometry ng probe.Hijvania, SK at Gupta, BD Fiber Optic Evanescent Field Absorption Sensor: Impluwensya ng mga Parameter ng Fiber at Probe Geometry. 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 at Gupta, BDHijvania, SK at Gupta, BD Mga sensor ng fiber optic na evanescent field absorption: impluwensya ng mga parameter ng fiber at geometry ng probe.Optika at Elektronikong Kwantum 31, 625–636 (1999).
Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Angular na output ng mga guwang, may linyang metal, at waveguide Raman sensor. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Angular na output ng mga guwang, may linyang metal, at waveguide Raman sensor.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. at Woodruff, SD Angular na output ng mga hollow waveguide Raman sensor na may metal na lining. 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. at Woodruff, SD Angular output ng isang Raman sensor na may bare metal waveguide.aplikasyon para pumili ng 51, 2023-2025 (2012).
Harrington, JA Isang pangkalahatang-ideya ng mga hollow waveguide para sa IR transmission. fiber integration. para pumili. 19, 211–227 (2000).