Nature.com'u ziyaret ettiğiniz için teşekkür ederiz. Kullandığınız tarayıcı sürümünün CSS desteği sınırlıdır. En iyi deneyim için, güncel bir tarayıcı kullanmanızı (veya Internet Explorer'da Uyumluluk Modunu devre dışı bırakmanızı) öneririz. Bu süre zarfında, desteğin devamlılığını sağlamak için siteyi stiller ve JavaScript olmadan görüntüleyeceğiz.
Sıvı numunelerin iz analizi, yaşam bilimleri ve çevre izleme alanlarında geniş bir uygulama yelpazesine sahiptir. Bu çalışmada, absorpsiyonun ultra hassas belirlenmesi için metal dalga kılavuzu kılcal borularına (MCC'ler) dayalı kompakt ve ucuz bir fotometre geliştirdik. Optik yol, MWC'nin fiziksel uzunluğundan çok daha uzun olacak şekilde büyük ölçüde artırılabilir, çünkü oluklu düz metal yan duvarlar tarafından saçılan ışık, geliş açısına bakılmaksızın kılcal boru içinde tutulabilir. Yeni doğrusal olmayan optik amplifikasyon, hızlı numune değiştirme ve glikoz tespiti sayesinde, yaygın kromojenik reaktifler kullanılarak 5,12 nM kadar düşük konsantrasyonlar elde edilebilir.
Fotometri, bol miktarda bulunan kromojenik reaktifler ve yarı iletken optoelektronik cihazlar nedeniyle sıvı numunelerin iz analizinde yaygın olarak kullanılmaktadır1,2,3,4,5. Geleneksel küvet tabanlı absorbans belirlemesine kıyasla, sıvı dalga kılavuzu (LWC) kılcal damarları, prob ışığını kılcal damar içinde tutarak toplam iç yansıma (TIR) ​​sağlar1,2,3,4,5. Bununla birlikte, daha fazla iyileştirme yapılmadan, optik yol yalnızca LWC'nin fiziksel uzunluğuna yakındır3,6 ve LWC uzunluğunun 1,0 m'nin ötesine çıkarılması, güçlü ışık zayıflamasına ve yüksek kabarcık riski vb. sorunlara yol açacaktır3, 7. Optik yol iyileştirmeleri için önerilen çoklu yansıma hücresiyle ilgili olarak, tespit limiti yalnızca 2,5-8,9 kat iyileştirilmiştir.
Şu anda iki ana LWC türü bulunmaktadır: Teflon AF kılcal damarlar (kırılma indisi sadece ~1,3 olup suyun kırılma indisinden daha düşüktür) ve Teflon AF veya metal filmlerle kaplanmış silika kılcal damarlar1,3,4. Dielektrik malzemeler arasındaki arayüzde TIR elde etmek için, düşük kırılma indisine ve yüksek ışık geliş açısına sahip malzemeler gereklidir3,6,10. Teflon AF kılcal damarlara gelince, Teflon AF gözenekli yapısı nedeniyle nefes alabilir3,11 ve su örneklerindeki az miktarda maddeyi emebilir. Dış yüzeyi Teflon AF veya metal ile kaplanmış kuvars kılcal damarlar için, kuvarsın kırılma indisi (1,45) çoğu sıvı örneğinden (örneğin su için 1,33) daha yüksektir3,6,12,13. İç kısmı metal filmle kaplanmış kılcal damarlar için taşıma özellikleri incelenmiştir14,15,16,17,18, ancak kaplama işlemi karmaşıktır ve metal filmin yüzeyi pürüzlü ve gözenekli bir yapıya sahiptir4,19.
Ek olarak, ticari LWC'lerin (AF Teflon Kaplı Kılcal Borular ve AF Teflon Kaplı Silika Kılcal Borular, World Precision Instruments, Inc.) arızalar gibi bazı başka dezavantajları da vardır. TIR3,10, (2) T-bağlantı elemanının (kılcal boruları, fiberleri ve giriş/çıkış tüplerini bağlamak için) büyük ölü hacmi hava kabarcıklarını hapsedebilir10.
Aynı zamanda, glikoz seviyelerinin belirlenmesi diyabet, karaciğer sirozu ve akıl hastalığının teşhisi için büyük önem taşımaktadır20 ve fotometri (spektrofotometri 21, 22, 23, 24, 25 ve kağıt üzerinde kolorimetri 26, 27, 28 dahil), galvanometri 29, 30, 31, florometri 32, 33, 34, 35, optik polarimetri 36, yüzey plazmon rezonansı 37, Fabry-Perot boşluğu 38, elektrokimya 39 ve kapiler elektroforez 40,41 gibi birçok tespit yöntemi mevcuttur. Bununla birlikte, bu yöntemlerin çoğu pahalı ekipman gerektirir ve birkaç nanomolar konsantrasyonda glikoz tespiti hala bir zorluk teşkil etmektedir (örneğin, fotometrik ölçümler için21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, en düşük glikoz konsantrasyonu). Prusya mavisi nanopartiküller peroksidaz taklitleri olarak kullanıldığında sınırlama sadece 30 nM idi. Nanomolar glikoz analizleri, insan prostat kanseri büyümesinin inhibisyonu42 ve okyanustaki Prochlorococcus'un CO2 fiksasyon davranışı gibi moleküler düzeydeki hücresel çalışmalar için sıklıkla gereklidir.
Bu makalede, ultra hassas absorpsiyon tayini için, iç yüzeyi elektroparlatılmış SUS316L paslanmaz çelik kılcal boru olan metal dalga kılavuzlu kılcal boruya (MWC) dayalı kompakt ve ucuz bir fotometre geliştirilmiştir. Işık, geliş açısına bakılmaksızın metal kılcal boruların içinde hapsolabildiğinden, optik yol, oluklu ve düz metal yüzeylerde ışık saçılmasıyla büyük ölçüde artırılabilir ve MWC'nin fiziksel uzunluğundan çok daha uzundur. Ayrıca, ölü hacmi en aza indirmek ve kabarcık oluşumunu önlemek için optik bağlantı ve sıvı giriş/çıkışı için basit bir T-konnektör tasarlanmıştır. 7 cm'lik MWC fotometresi için, doğrusal olmayan optik yolun yeni iyileştirilmesi ve hızlı numune değiştirme sayesinde, 1 cm'lik küvetli ticari spektrofotometreye kıyasla tespit limiti yaklaşık 3000 kat iyileştirilmiştir ve yaygın kromojenik reaktifler kullanılarak glikoz tespit konsantrasyonu sadece 5,12 nM'ye kadar düşürülebilir.
Şekil 1'de gösterildiği gibi, MWC tabanlı fotometre, EP sınıfı elektroparlatılmış iç yüzeye sahip 7 cm uzunluğunda bir MWC, bir merceğe sahip 505 nm LED, ayarlanabilir kazançlı bir fotodedektör ve optik bağlantı ve sıvı girişi için iki çıkıştan oluşmaktadır. Gelen numuneyi değiştirmek için Pike giriş tüpüne bağlı üç yollu bir valf kullanılır. Peek tüpü, kuvars plakaya ve MWC'ye sıkıca oturur, böylece T-bağlantısındaki ölü hacim minimumda tutulur ve hava kabarcıklarının hapsolması etkili bir şekilde önlenir. Ek olarak, kolimatlanmış ışın, T-parçalı kuvars plaka aracılığıyla MWC'ye kolayca ve verimli bir şekilde verilebilir.
Işın ve sıvı numune, bir T-parçası aracılığıyla MCC'ye verilir ve MCC'den geçen ışın bir fotodedektör tarafından algılanır. Boyalı veya boş numunelerin gelen çözeltileri, üç yollu bir vana aracılığıyla dönüşümlü olarak ICC'ye verilir. Beer yasasına göre, renkli bir numunenin optik yoğunluğu aşağıdaki denklemden hesaplanabilir. 1.10
Burada Vcolor ve Vblank, sırasıyla renkli ve boş örnekler MCC'ye verildiğinde fotodedektörün çıkış sinyalleridir ve Vdark, LED kapatıldığında fotodedektörün arka plan sinyalidir. Çıkış sinyalindeki değişim ΔV = Vcolor–Vblank, örnekler değiştirilerek ölçülebilir. Denkleme göre, Şekil 1'de gösterildiği gibi, ΔV, Vblank–Vdark'tan çok daha küçükse, örnekleme değiştirme şeması kullanıldığında, Vblank'taki küçük değişiklikler (örneğin kayma) AMWC değeri üzerinde çok az etkiye sahip olabilir.
MWC tabanlı fotometrenin performansını küvet tabanlı spektrofotometreyle karşılaştırmak için, mükemmel renk kararlılığı ve iyi konsantrasyon-absorbans doğrusallığı nedeniyle renk örneği olarak kırmızı mürekkep çözeltisi, boş örnek olarak ise saf su (DI H2O) kullanıldı. Tablo 1'de gösterildiği gibi, çözücü olarak saf su (DI H2O) kullanılarak seri seyreltme yöntemiyle bir dizi kırmızı mürekkep çözeltisi hazırlandı. Seyreltilmemiş orijinal kırmızı boya olan örnek 1'in (S1) bağıl konsantrasyonu 1,0 olarak belirlendi. Şekil 2'de, bağıl konsantrasyonları (Tablo 1'de listelenmiştir) 8,0 × 10–3 (sol) ile 8,2 × 10–10 (sağ) arasında değişen 11 kırmızı mürekkep örneğinin (S4 ila S14) optik fotoğrafları gösterilmektedir.
6 numaralı numuneye ait ölçüm sonuçları Şekil 3(a)'da gösterilmiştir. Şekilde, boyalı ve boyasız numuneler arasındaki geçiş noktaları çift oklarla "↔" işaretlenmiştir. Renkli numunelerden boyasız numunelere ve tersine geçiş yapıldığında çıkış voltajının hızla arttığı görülebilir. Şekilde gösterildiği gibi Vcolor, Vblank ve bunlara karşılık gelen ΔV elde edilebilir.
(a) MWC tabanlı bir fotometre kullanılarak elde edilen 6 numaralı numune, (b) 9 numaralı numune, (c) 13 numaralı numune ve (d) 14 numaralı numuneye ait ölçüm sonuçları.
9, 13 ve 14 numaralı örneklerin ölçüm sonuçları sırasıyla Şekil 3(b)-(d)'de gösterilmiştir. Şekil 3(d)'de görüldüğü gibi, ölçülen ΔV yalnızca 5 nV olup, gürültü değerinin (2 nV) neredeyse 3 katıdır. Küçük bir ΔV'yi gürültüden ayırt etmek zordur. Bu nedenle, tespit limiti 8,2×10⁻¹⁰'luk bir bağıl konsantrasyona (örnek 14) ulaşmıştır. Denklem 1 yardımıyla, AMWC absorbansı ölçülen Vcolor, Vblank ve Vdark değerlerinden hesaplanabilir. 104 kazançlı bir fotodedektör için Vdark -0,68 μV'dir. Tüm örneklerin ölçüm sonuçları Tablo 1'de özetlenmiştir ve ek materyalde bulunabilir. Tablo 1'de gösterildiği gibi, yüksek konsantrasyonlarda bulunan absorbans doygunluğa ulaşır, bu nedenle 3,7'nin üzerindeki absorbans MWC tabanlı spektrometrelerle ölçülemez.
Karşılaştırma amacıyla, kırmızı mürekkep örneği de spektrofotometre ile ölçülmüş ve ölçülen Acuvette absorbansı Şekil 4'te gösterilmiştir. 505 nm'deki Acuvette değerleri (Tablo 1'de gösterildiği gibi), 10, 11 veya 12 numaralı örneklerin eğrilerine (Şekil 4'ün iç kısmında gösterildiği gibi) referans alınarak elde edilmiştir. Gösterildiği gibi, 10, 11 ve 12 numaralı örneklerin absorbsiyon eğrileri birbirinden ayırt edilemediğinden, tespit limiti 2,56 x 10⁻⁶'lık (9 numaralı örnek) bir nispi konsantrasyona ulaşmıştır. Bu nedenle, MWC tabanlı fotometre kullanıldığında, tespit limiti küvet tabanlı spektrofotometreye kıyasla 3125 kat iyileştirilmiştir.
Şekil 5'te emilim-konsantrasyon bağımlılığı gösterilmiştir. Küvet ölçümlerinde, 1 cm'lik yol uzunluğunda emilim, mürekkep konsantrasyonuyla orantılıdır. Oysa, MWC tabanlı ölçümlerde, düşük konsantrasyonlarda emilimde doğrusal olmayan bir artış gözlemlenmiştir. Beer yasasına göre, emilim optik yol uzunluğuyla orantılıdır, bu nedenle emilim kazancı AEF (aynı mürekkep konsantrasyonunda AEF = AMWC/Acuvette olarak tanımlanır), MWC'nin küvetin optik yol uzunluğuna oranıdır. Şekil 5'te gösterildiği gibi, yüksek konsantrasyonlarda, sabit AEF yaklaşık 7,0'dır; bu da MWC'nin uzunluğunun tam olarak 1 cm'lik bir küvetin uzunluğunun 7 katı olması nedeniyle makuldür. Ancak düşük konsantrasyonlarda (ilgili konsantrasyon <1,28 × 10⁻⁵), AEF konsantrasyon azaldıkça artar ve küvet bazlı ölçüm eğrisinin ekstrapolasyonuyla 8,2 × 10⁻¹⁰'luk ilgili konsantrasyonda 803 değerine ulaşır. Ancak düşük konsantrasyonlarda (ilgili konsantrasyon <1,28 × 10⁻⁵), AEF konsantrasyon azaldıkça artar ve küvet bazlı ölçüm eğrisinin ekstrapolasyonuyla 8,2 × 10⁻¹⁰'luk ilgili konsantrasyonda 803 değerine ulaşır. Однако при низких концентрациях (относительная концентрация <1,28 × 10–5) AEF увеличивается с уменьшением 8,2 × 10–10 концентрации ve может достигать значения 803 için относительной концентрации 8,2 × 10–10 концентрации кривой измерения на основе кюветы. Ancak düşük konsantrasyonlarda (bağıl konsantrasyon <1,28 × 10–5), AEF konsantrasyon azaldıkça artar ve küvet tabanlı bir ölçüm eğrisinden ekstrapolasyon yapıldığında 8,2 × 10–10 bağıl konsantrasyonunda 803 değerine ulaşabilir.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 × 10-10 803 numara.然而 ， 在 低 浓度 （相关 浓度 <1.28 × 10-5） ， ， AEF 随着 的 降低 而 ， 并且 通过 外推基于 比色皿 测量 曲线 ， 在 浓度 为 8.2 × 10-10 时 达到 达到 达到 达到 达到803 值。 Однако при низких концентрациях (релевантные концентрации < 1,28 × 10-5) АЭП увеличивается с уменьшением концентрации, и при экстраполяции кривой измерения на основе кюветы она достигает значения относительной концентрации 8,2 × 10–10 803 . Ancak düşük konsantrasyonlarda (ilgili konsantrasyonlar < 1,28 × 10⁻⁵) AED, konsantrasyon azaldıkça artar ve küvet tabanlı bir ölçüm eğrisinden ekstrapole edildiğinde, 8,2 × 10⁻¹⁰ 80³'lük bir nispi konsantrasyon değerine ulaşır.Bu durum, MWC'nin fiziksel uzunluğundan çok daha uzun ve hatta piyasada bulunan en uzun LWC'den (World Precision Instruments, Inc.'den 500 cm; Doko Engineering LLC'nin uzunluğu 200 cm) bile daha uzun olan 803 cm'lik (AEF × 1 cm) bir optik yol uzunluğuyla sonuçlanır. LWC'deki bu doğrusal olmayan soğurma artışı daha önce bildirilmemiştir.
Şekil 6(a)-(c)'de sırasıyla MWC kesitinin iç yüzeyinin optik görüntüsü, mikroskop görüntüsü ve optik profil görüntüsü gösterilmektedir. Şekil 6(a)'da görüldüğü gibi, iç yüzey pürüzsüz ve parlaktır, görünür ışığı yansıtabilir ve yüksek oranda yansıtıcıdır. Şekil 6(b)'de görüldüğü gibi, metalin deforme edilebilirliği ve kristal yapısı nedeniyle, pürüzsüz yüzeyde küçük çukurlar ve düzensizlikler ortaya çıkmaktadır. Küçük alan (<5 μm×5 μm) göz önüne alındığında, yüzeyin çoğunun pürüzlülüğü 1,2 nm'den azdır (Şekil 6(c)). Küçük bir alan (<5 μm×5 μm) göz önüne alındığında, yüzeyin büyük kısmının pürüzlülüğü 1,2 nm'den azdır (Şekil 6(c)). Ввиду малой площади (<5 мкм×5 мкм) шероховатость большей части поверхности составляет менее 1,2 нм (рис. 6(в)). Küçük alan (<5 µm×5 µm) nedeniyle, yüzeyin büyük kısmının pürüzlülüğü 1,2 nm'den azdır (Şekil 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 1,2 нм (рис. 6(в)). Küçük alanı (<5 µm × 5 µm) göz önünde bulundurduğumuzda, çoğu yüzeyin pürüzlülüğü 1,2 nm'den azdır (Şekil 6(c)).
(a) Optik görüntü, (b) mikroskop görüntüsü ve (c) MWC kesitinin iç yüzeyinin optik görüntüsü.
Şekil 7(a)'da gösterildiği gibi, kılcal damardaki optik yol LOP, geliş açısı θ ile belirlenir (LOP = LC/sinθ, burada LC kılcal damarın fiziksel uzunluğudur). DI H2O ile doldurulmuş Teflon AF kılcal damarlar için, geliş açısı 77,8°'lik kritik açıdan büyük olmalıdır, bu nedenle LOP, daha fazla iyileştirme yapılmadan 1,02 × LC'den daha azdır3.6. Oysa MWC'de, ışığın kılcal damar içindeki hapsi kırılma indisi veya geliş açısından bağımsızdır, bu nedenle geliş açısı azaldıkça, ışık yolu kılcal damarın uzunluğundan çok daha uzun olabilir (LOP » LC). Şekil 7(b)'de gösterildiği gibi, oluklu metal yüzey ışık saçılmasına neden olabilir ve bu da optik yolu büyük ölçüde artırabilir.
Bu nedenle, MWC için iki ışık yolu vardır: yansıma olmadan doğrudan ışık (LOP = LC) ve yan duvarlar arasında çoklu yansımalarla testere dişi şeklinde ışık (LOP » LC). Beer yasasına göre, iletilen doğrudan ve zikzak ışığın yoğunluğu sırasıyla PS×exp(-α×LC) ve PZ×exp(-α×LOP) olarak ifade edilebilir; burada α sabiti, tamamen mürekkep konsantrasyonuna bağlı olan soğurma katsayısıdır.
Yüksek konsantrasyonlu mürekkeplerde (örneğin, ilgili konsantrasyon >1,28 × 10⁻⁵), büyük soğurma katsayısı ve çok daha uzun optik yol nedeniyle zikzak ışık büyük ölçüde zayıflar ve yoğunluğu düz ışığınkinden çok daha düşüktür. Yüksek konsantrasyonlu mürekkeplerde (örneğin, ilgili konsantrasyon >1,28 × 10⁻⁵), büyük soğurma katsayısı ve çok daha uzun optik yol nedeniyle zikzak ışık büyük ölçüde zayıflar ve yoğunluğu düz ışığınkinden çok daha düşüktür. Для чернил с высокой концентрацией (например, относительная концентрация >1,28 × 10-5) зигзагоообразный свет сильно затухает, а его интенсивность намного ниже, чем у прямого света, из-за большого коэффициента поглощения ve гораздо более длинного оптического излучения. Yüksek konsantrasyonlu mürekkeplerde (örneğin bağıl konsantrasyon >1,28×10⁻⁵), zikzak ışık büyük ölçüde zayıflar ve yüksek soğurma katsayısı ve çok daha uzun optik emisyon süresi nedeniyle yoğunluğu doğrudan ışığınkinden çok daha düşüktür.izlemek.对于高浓度墨水（例如，相关浓度>1.28×10-5）,Z字形光衰减很大,其强度远低于直光,这是由于吸收系数大,光学时间更长。对于 高浓度 墨水 （例如 ， 浓度 浓度> 1.28 × 10-5） ， z 字形 衰减 很 大 ， 强度 远 低于直光 ， 这 是 吸收 系数 大 光学 时间 更。。。 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长 长Для чернил с высокой концентрацией (например, релевантные концентрации >1,28×10-5) зигзагообразный свет значительно ослабляется, его интенсивность намного ниже, чем у прямого света из-за большого коэффициента поглощения ve более длительного оптического времени. Yüksek konsantrasyonlu mürekkeplerde (örneğin, ilgili konsantrasyonlar >1,28×10⁻⁵), zikzak ışık önemli ölçüde zayıflar ve büyük soğurma katsayısı ve daha uzun optik süre nedeniyle yoğunluğu doğrudan ışığınkinden çok daha düşüktür.küçük yol.Bu nedenle, absorbans belirlemesinde doğrudan ışık baskın rol oynadı (LOP=LC) ve AEF ~7.0'da sabit tutuldu. Bunun aksine, mürekkep konsantrasyonu azaldıkça soğurma katsayısı da azaldığında (örneğin, ilgili konsantrasyon <1,28 × 10⁻⁵), zikzak ışığın yoğunluğu düz ışığınkinden daha hızlı artar ve ardından zikzak ışık daha önemli bir rol oynamaya başlar. Bunun aksine, mürekkep konsantrasyonu azaldıkça soğurma katsayısı da azaldığında (örneğin, ilgili konsantrasyon <1,28 × 10⁻⁵), zikzak ışığın yoğunluğu düz ışığınkinden daha hızlı artar ve ardından zikzak ışık daha önemli bir rol oynamaya başlar. Напротив, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чернил (например, относительная концентрация <1,28 × 10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличивается быстрее, чем у прямого света, затем начинает играть зигзагоообразный свет. Tam tersine, mürekkep konsantrasyonu azaldıkça emilim katsayısı da azaldığında (örneğin, bağıl konsantrasyon <1,28×10⁻⁵), zikzak ışığın yoğunluğu doğrudan ışığınkinden daha hızlı artar ve ardından zikzak ışık etkisini göstermeye başlar.daha önemli rol.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。 И наоборот, когда коэффициент поглощения уменьшается с уменьшением концентрации чернил (например, соответствующая концентрация < 1,28×10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличивается быстрее, чем прямого ve тогда зигзагообразный свет начинает играть более важную роль. Tersine, mürekkep konsantrasyonu azaldıkça soğurma katsayısı da azaldığında (örneğin, karşılık gelen konsantrasyon < 1,28×10⁻⁵), zikzak ışığın yoğunluğu doğrudan ışıktan daha hızlı artar ve ardından zikzak ışık daha önemli bir rol oynamaya başlar.rol karakteri.Bu nedenle, testere dişi optik yol (LOP » LC) sayesinde AEF, 7,0'den çok daha fazla artırılabilir. MWC'nin hassas ışık iletim özellikleri, dalga kılavuzu modu teorisi kullanılarak elde edilebilir.
Optik yolu iyileştirmenin yanı sıra, hızlı numune değiştirme işlemi de ultra düşük algılama limitlerine katkıda bulunur. MCC'nin küçük hacmi (0,16 ml) nedeniyle, MCC'deki çözeltileri değiştirmek ve geçiş yapmak için gereken süre 20 saniyeden az olabilir. Şekil 5'te gösterildiği gibi, AMWC'nin minimum algılanabilir değeri (2,5 × 10–4), Acuvette'inkinden (1,0 × 10–3) 4 kat daha düşüktür. Kılcal damardaki akan çözeltinin hızlı değiştirilmesi, sistem gürültüsünün (örneğin kayma) küvetteki tutma çözeltisine kıyasla absorbans farkının doğruluğu üzerindeki etkisini azaltır. Örneğin, Şekil 3(b)-(d)'de gösterildiği gibi, ΔV, küçük hacimli kılcal damarda hızlı numune değiştirme nedeniyle oluşan bir kayma sinyalinden kolayca ayırt edilebilir.
Tablo 2'de gösterildiği gibi, çözücü olarak saf su (DI H2O) kullanılarak çeşitli konsantrasyonlarda bir dizi glikoz çözeltisi hazırlandı. Boyalı veya boş örnekler, glikoz çözeltisi veya saf su ile glikoz oksidaz (GOD) ve peroksidaz (POD) 37'nin kromojenik çözeltilerinin sırasıyla 3:1'lik sabit bir hacim oranında karıştırılmasıyla hazırlandı. Şekil 8'de, glikoz konsantrasyonları 2,0 mM (sol) ile 5,12 nM (sağ) arasında değişen dokuz boyalı örneğin (S2-S10) optik fotoğrafları gösterilmektedir. Kırmızılık, glikoz konsantrasyonu azaldıkça azalmaktadır.
4, 9 ve 10 numaralı örneklerin MWC tabanlı bir fotometre ile yapılan ölçümlerinin sonuçları sırasıyla Şekil 9(a)-(c)'de gösterilmiştir. Şekil 9(c)'de görüldüğü gibi, ölçülen ΔV, GOD-POD reaktifinin renginin (glikoz eklenmeden bile) ışıkta yavaşça değişmesiyle ölçüm sırasında daha az kararlı hale gelir ve yavaşça artar. Bu nedenle, glikoz konsantrasyonu 5,12 nM'den az olan örnekler (örnek 10) için ardışık ΔV ölçümleri tekrarlanamaz, çünkü ΔV yeterince küçük olduğunda, GOD-POD reaktifinin kararsızlığı artık göz ardı edilemez. Bu nedenle, glikoz çözeltisi için tespit limiti 5,12 nM'dir, ancak karşılık gelen ΔV değeri (0,52 µV) gürültü değerinden (0,03 µV) çok daha büyüktür, bu da küçük bir ΔV'nin hala tespit edilebileceğini gösterir. Bu tespit limiti, daha kararlı kromojenik reaktifler kullanılarak daha da iyileştirilebilir.
(a) MWC tabanlı bir fotometre kullanılarak elde edilen 4 numaralı numune, (b) 9 numaralı numune ve (c) 10 numaralı numuneye ait ölçüm sonuçları.
AMWC absorbansı, ölçülen Vcolor, Vblank ve Vdark değerleri kullanılarak hesaplanabilir. 105 kazançlı bir fotodedektör için Vdark -0,068 μV'dir. Tüm numuneler için ölçümler ek materyalde yer almaktadır. Karşılaştırma amacıyla, glikoz numuneleri de spektrofotometre ile ölçülmüş ve Acuvette'nin ölçülen absorbansı, Şekil 10'da gösterildiği gibi 0,64 µM'lik bir tespit sınırına ulaşmıştır (numune 7).
Absorbans ve konsantrasyon arasındaki ilişki Şekil 11'de gösterilmiştir. MWC tabanlı fotometre ile, küvet tabanlı spektrofotometreye kıyasla tespit limitinde 125 katlık bir iyileşme sağlanmıştır. Bu iyileşme, GOD-POD reaktifinin düşük stabilitesi nedeniyle kırmızı mürekkep yöntemine göre daha düşüktür. Düşük konsantrasyonlarda absorbansda doğrusal olmayan bir artış da gözlemlenmiştir.
MWC tabanlı fotometre, sıvı numunelerin ultra hassas tespiti için geliştirilmiştir. Oluklu pürüzsüz metal yan duvarlar tarafından saçılan ışık, geliş açısına bakılmaksızın kılcal damar içinde tutulabildiğinden, optik yol büyük ölçüde artırılabilir ve MWC'nin fiziksel uzunluğundan çok daha uzun olabilir. Yeni doğrusal olmayan optik amplifikasyon, hızlı numune değiştirme ve glikoz tespiti sayesinde, geleneksel GOD-POD reaktifleri kullanılarak 5,12 nM kadar düşük konsantrasyonlar elde edilebilir. Bu kompakt ve ucuz fotometre, eser analiz için yaşam bilimlerinde ve çevre izlemede yaygın olarak kullanılacaktır.
Şekil 1'de gösterildiği gibi, MWC tabanlı fotometre, 7 cm uzunluğunda bir MWC'den (iç çap 1,7 mm, dış çap 3,18 mm, EP sınıfı elektroparlatılmış iç yüzey, SUS316L paslanmaz çelik kılcal boru), 505 nm dalga boylu bir LED'den (Thorlabs M505F1), lenslerden (ışın yayılımı yaklaşık 6,6 derece), değişken kazançlı bir fotodedektörden (Thorlabs PDB450C) ve optik iletişim ve sıvı giriş/çıkışı için iki T-konnektöründen oluşmaktadır. T-konnektörü, şeffaf bir kuvars plakanın, içine MWC ve Peek tüplerinin (0,72 mm iç çap, 1,6 mm dış çap, Vici Valco Corp.) sıkıca yerleştirilip yapıştırıldığı bir PMMA tüpüne yapıştırılmasıyla yapılır. Pike giriş tüpüne bağlı üç yollu bir valf, gelen numuneyi değiştirmek için kullanılır. Fotodedektör, alınan optik güç P'yi yükseltilmiş bir voltaj sinyali N×V'ye dönüştürebilir (burada V/P = 1,0 V/W, 1550 nm'de, kazanç N manuel olarak 10³-10⁷ aralığında ayarlanabilir). Kısa olması için, çıkış sinyali olarak N×V yerine V kullanılmıştır.
Karşılaştırma amacıyla, sıvı numunelerin absorbansını ölçmek için 1,0 cm küvet hücresine sahip ticari bir spektrofotometre (R928 Yüksek Verimli Fotomultiplikatörlü Agilent Technologies Cary 300 serisi) de kullanılmıştır.
MWC kesiminin iç yüzeyi, dikey ve yatay çözünürlüğü sırasıyla 0,1 nm ve 0,11 µm olan bir optik yüzey profilleyici (ZYGO New View 5022) kullanılarak incelendi.
Tüm kimyasallar (analitik sınıf, daha fazla saflaştırma yapılmamış) Sichuan Chuangke Biotechnology Co., Ltd.'den satın alınmıştır. Glikoz test kitleri glikoz oksidaz (GOD), peroksidaz (POD), 4-aminoantipirin ve fenol vb. içerir. Kromojenik çözelti, olağan GOD-POD 37 yöntemiyle hazırlanmıştır.
Tablo 2'de gösterildiği gibi, seri seyreltme yöntemi kullanılarak seyreltici olarak saf su (DI H2O) kullanılarak çeşitli konsantrasyonlarda bir dizi glikoz çözeltisi hazırlandı (ayrıntılar için Ek Materyallere bakınız). Boyalı veya boş numuneler, glikoz çözeltisi veya saf su ile kromojenik çözeltinin sırasıyla 3:1'lik sabit bir hacim oranında karıştırılmasıyla hazırlandı. Tüm numuneler ölçümden önce 10 dakika boyunca 37°C'de ışıktan korunarak saklandı. GOD-POD yönteminde, boyalı numuneler 505 nm'de maksimum absorbsiyonla kırmızıya döner ve absorbsiyon neredeyse glikoz konsantrasyonuyla orantılıdır.
Tablo 1'de gösterildiği gibi, saf su (DI H2O) çözücü olarak kullanılarak seri seyreltme yöntemiyle bir dizi kırmızı mürekkep çözeltisi (Ostrich Ink Co., Ltd., Tianjin, Çin) hazırlandı.
Bu makaleye nasıl atıfta bulunulur: Bai, M. vd. Metal dalga kılavuzu kılcal damarlarına dayalı kompakt fotometre: nanomolar glikoz konsantrasyonlarının belirlenmesi için. Bilim. 5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
Dress, P. ve Franke, H. Sıvı çekirdekli dalga kılavuzu kullanarak sıvı analizinin ve pH değeri kontrolünün doğruluğunu artırma. Dress, P. ve Franke, H. Sıvı çekirdekli dalga kılavuzu kullanarak sıvı analizinin ve pH değeri kontrolünün doğruluğunu artırma.Dress, P. ve Franke, H. Sıvı çekirdekli dalga kılavuzu kullanarak sıvı analizinin ve pH kontrolünün doğruluğunu iyileştirme. 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. ve Franke, H. Sıvı çekirdekli dalga kılavuzları kullanarak sıvı analizinin ve pH kontrolünün doğruluğunu iyileştirme.Bilime geçin. metre. 68, 2167–2171 (1997).
Li, QP, Zhang, J. -Z., Millero, FJ & Hansell, DA Uzun yol sıvı dalga kılavuzlu kılcal hücre ile deniz suyundaki eser miktardaki amonyumun sürekli kolorimetrik tayini. Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ & Hansell, DA Uzun yol sıvı dalga kılavuzlu kılcal hücre ile deniz suyundaki eser miktardaki amonyumun sürekli kolorimetrik tayini.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ ve Hansel, DA, Sıvı dalga kılavuzlu kılcal hücre kullanarak deniz suyundaki eser miktardaki amonyumun sürekli kolorimetrik tayini. 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 ve Hansel, DA, Uzun menzilli sıvı dalga kılavuzu kılcal boruları kullanarak deniz suyundaki eser miktardaki amonyumun sürekli kolorimetrik tayini.Mart ayındaki Kimya. 96, 73–85 (2005).
Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS tarafından hazırlanan, spektroskopik algılama yöntemlerinin hassasiyetini artırmak için akış tabanlı analiz tekniklerinde sıvı dalga kılavuzlu kılcal hücrenin son uygulamalarına ilişkin inceleme. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS tarafından hazırlanan, spektroskopik algılama yöntemlerinin hassasiyetini artırmak için akış tabanlı analiz tekniklerinde sıvı dalga kılavuzlu kılcal hücrenin son uygulamalarına ilişkin inceleme.Pascoa, RNMJ, Toth, IV ve Rangel, AOSS tarafından hazırlanan "Spektroskopik algılama yöntemlerinin hassasiyetini artırmak için akış analizi tekniklerinde sıvı dalga kılavuzlu kılcal hücrenin son uygulamalarına ilişkin bir inceleme". Páscoa, RNMJ, Tóth, IV ve 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Pascoa, RNMJ, Toth, IV ve Rangel, AOSS tarafından hazırlanan "Spektroskopik algılama yöntemlerinin hassasiyetini artırmak için akış tabanlı analitik yöntemlerde sıvı dalga kılavuzlu kılcal hücrelerin son uygulamalarına ilişkin bir inceleme".anus. Chim. Act 739, 1-13 (2012).
Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. ve Shen, J. İçi boş dalga kılavuzları için kılcal damardaki Ag ve AgI filmlerinin kalınlığının incelenmesi. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. ve Shen, J. İçi boş dalga kılavuzları için kılcal damardaki Ag ve AgI filmlerinin kalınlığının incelenmesi.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. ve Shen J. İçi boş dalga kılavuzları için kılcal damarlarda Ag ve AgI filmlerinin kalınlığının incelenmesi. 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. ve Shen, J. Hava kanalındaki Ag ve AgI ince filminin kalınlığı üzerine araştırma.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. ve Shen J. İçi boş dalga kılavuzu kılcal damarlarında ince film kalınlığı Ag, AgI'nin incelenmesi.Kızılötesi fiziği. teknoloji 42, 501–508 (2001).
Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Doğal sularda nanomolar konsantrasyonlardaki fosfatın, uzun yol uzunluğuna sahip sıvı dalga kılavuzlu kılcal hücreli akış enjeksiyonu ve katı hal spektrofotometrik algılama kullanılarak belirlenmesi. Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Doğal sularda nanomolar konsantrasyonlardaki fosfatın, uzun yol uzunluğuna sahip sıvı dalga kılavuzlu kılcal hücreli akış enjeksiyonu ve katı hal spektrofotometrik algılama kullanılarak belirlenmesi.Gimbert, LJ, Haygarth, PM ve Worsfold, PJ, Sıvı dalga kılavuzlu kılcal hücreli akış enjeksiyonu ve katı hal spektrofotometrik algılama yöntemi kullanılarak doğal sulardaki nanomolar fosfat konsantrasyonlarının belirlenmesi. Gimbert, LJ, Haygarth, Başbakan ve 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 & Worsfold, PJ Doğal sudaki fosfat konsantrasyonunun sıvı şırınga ve uzun menzilli sıvı dalga kılavuzu kılcal tüpü kullanılarak belirlenmesi.Gimbert, LJ, Haygarth, PM ve Worsfold, PJ, Enjeksiyon akışı ve uzun optik yollu kılcal dalga kılavuzu ile katı hal spektrofotometrik algılama kullanılarak doğal suda nanomolar fosfat tayini.Taranta 71, 1624–1628 (2007).
Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. ve Liu, S. Sıvı dalga kılavuzlu kılcal hücrelerin doğrusallığı ve etkin optik yol uzunluğu. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. ve Liu, S. Sıvı dalga kılavuzlu kılcal hücrelerin doğrusallığı ve etkin optik yol uzunluğu.Belz M., Dress P., Suhitsky A. ve Liu S. Kılcal hücrelerdeki sıvı dalga kılavuzlarında doğrusallık ve etkin optik yol uzunluğu. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. ve Liu, S. Sıvı suyun doğrusallığı ve etkin uzunluğu.Belz M., Dress P., Suhitsky A. ve Liu S. Kılcal hücre sıvı dalgasında doğrusal ve etkin optik yol uzunluğu.SPIE 3856, 271–281 (1999).
Dallas, T. & Dasgupta, PK Tünelin ucundaki ışık: sıvı çekirdekli dalga kılavuzlarının son analitik uygulamaları. Dallas, T. & Dasgupta, PK Tünelin ucundaki ışık: sıvı çekirdekli dalga kılavuzlarının son analitik uygulamaları.Dallas, T. ve Dasgupta, PK. Tünelin ucundaki ışık: sıvı çekirdekli dalga kılavuzlarının son analitik uygulamaları. Dallas, T. & Dasgupta, PK Tünelin sonundaki ışık: Dallas, T. & Dasgupta, PK Tünelin sonundaki ışık:Dallas, T. ve Dasgupta, PK. Tünelin ucundaki ışık: sıvı çekirdekli dalga kılavuzlarının en yeni analitik uygulaması.TrAC, trend analizi. Kimya. 23, 385–392 (2004).
Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID Akış analizi için çok yönlü toplam iç yansıma fotometrik algılama hücresi. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID Akış analizi için çok yönlü toplam iç yansıma fotometrik algılama hücresi.Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR ve McKelvey, ID Akış analizi için evrensel fotometrik toplam iç yansıma hücresi. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID 用于流量分多功能全内反射光度检测池。 Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, IDEllis, PS, Gentle, BS, Grace, MR ve McKelvey, ID Akış analizi için evrensel TIR fotometrik hücresi.Taranta 79, 830–835 (2009).
Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID, Haliç sularının akış enjeksiyon analizinde kullanılmak üzere çok yansımalı fotometrik akış hücresi. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID, Haliç sularının akış enjeksiyon analizinde kullanılmak üzere çok yansımalı fotometrik akış hücresi.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ ve McKelvey, ID, Haliç sularının akış analizinde kullanılmak üzere çok yansımalı fotometrik akış hücresi. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ ve McKelvie, ID.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ ve McKelvey, ID, Haliç sularında akış enjeksiyon analizi için çok yansımalı fotometrik akış hücresi.anüs Chim. Acta 499, 81-89 (2003).
Pan, J. -Z., Yao, B. ve Fang, Q. Nanolitre ölçekli numuneler için sıvı çekirdekli dalga kılavuzu soğurma algılamasına dayalı elde taşınabilir fotometre. Pan, J.-Z., Yao, B. ve Fang, Q. Nanolitre ölçekli numuneler için sıvı çekirdekli dalga kılavuzu soğurma algılamasına dayalı elde taşınabilir fotometre.Pan, J.-Z., Yao, B. ve Fang, K. Nanolitre ölçekli numuneler için sıvı çekirdekli dalga boyu soğurma algılamasına dayalı elde taşınabilir bir fotometre. 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. 液芯波波水水水油法的纳法手手手持光度计'ya dayanmaktadır.Pan, J.-Z., Yao, B. ve Fang, K. Sıvı çekirdek dalgasındaki soğurmanın tespiti prensibine dayalı, nano ölçekli numuneye sahip elde taşınabilir bir fotometre.anus Kimyası. 82, 3394–3398 (2010).
Zhang, J.-Z. Spektrofotometrik algılama için uzun optik yola sahip bir kılcal akış hücresi kullanarak enjeksiyon akış analizinin hassasiyetini artırma. anus. bilim. 22, 57–60 (2006).
D'Sa, EJ & Steward, RG Sıvı kılcal dalga kılavuzunun absorbans spektroskopisinde uygulanması (Byrne ve Kaltenbacher'in yorumuna yanıt). D'Sa, EJ & Steward, RG Sıvı kılcal dalga kılavuzunun absorbans spektroskopisinde uygulanması (Byrne ve Kaltenbacher'in yorumuna yanıt).D'Sa, EJ ve Steward, RG Sıvı kılcal dalga kılavuzlarının absorpsiyon spektroskopisindeki uygulamaları (Byrne ve Kaltenbacher'in yorumlarına yanıt). D'Sa, EJ & Steward, RG, Byrne ve Kaltenbacher'in birlikte çalıştığı bir şirket. D'Sa, EJ & Steward, RG Sıvı absorpsiyon spektrumunun uygulanması (Byrne ve Kaltenbacher的评论).D'Sa, EJ ve Steward, RG Absorpsiyon spektroskopisi için sıvı kılcal dalga kılavuzları (Byrne ve Kaltenbacher'in yorumlarına yanıt olarak).limonol. Okyanusbilimci. 46, 742–745 (2001).
Khijwania, SK & Gupta, BD Fiber optik evanescent alan soğurma sensörü: Fiber parametrelerinin ve prob geometrisinin etkisi. Khijwania, SK & Gupta, BD Fiber optik evanescent alan soğurma sensörü: Fiber parametrelerinin ve prob geometrisinin etkisi.Hijvania, SK ve Gupta, BD Fiber Optik Evanescent Alan Soğurma Sensörü: Fiber Parametrelerinin ve Prob Geometrisinin Etkisi. Khijwania, SK & Gupta, BD Khijwania, SK & Gupta, BDHijvania, SK ve Gupta, BD, Evanescent alan soğurmalı fiber optik sensörler: fiber parametrelerinin ve prob geometrisinin etkisi.Optik ve Kuantum Elektroniği 31, 625–636 (1999).
Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD İçi boş, metal kaplı, dalga kılavuzlu Raman sensörlerinin açısal çıkışı. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD İçi boş, metal kaplı, dalga kılavuzlu Raman sensörlerinin açısal çıkışı.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. ve Woodruff, SD Metal kaplamalı içi boş dalga kılavuzlu Raman sensörlerinin açısal çıkışı. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. ve Woodruff, SD.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. ve Woodruff, SD Çıplak metal dalga kılavuzlu bir Raman sensörünün açısal çıkışı.51 numaralı başvuruyu seçmek için, 2023-2025 (2012).
Harrington, JA Kızılötesi iletim için içi boş dalga kılavuzlarına genel bakış. fiber entegrasyonu. seçmek için. 19, 211–227 (2000).