Дякуємо за відвідування Nature.com. Версія браузера, яку ви використовуєте, має обмежену підтримку CSS. Для найкращого досвіду рекомендуємо використовувати оновлений браузер (або вимкнути режим сумісності в Internet Explorer). Тим часом, щоб забезпечити постійну підтримку, ми відображатимемо сайт без стилів та JavaScript.
Слідовий аналіз рідких зразків має широкий спектр застосування в науках про життя та моніторингу навколишнього середовища. У цій роботі ми розробили компактний та недорогий фотометр на основі металевих хвилеводних капілярів (МХК) для ультрачутливого визначення поглинання. Оптичний шлях можна значно збільшити та зробити набагато довшим за фізичну довжину МХК, оскільки світло, розсіяне гофрованими гладкими металевими боковими стінками, може утримуватися всередині капіляра незалежно від кута падіння. Концентрації до 5,12 нМ можна досягти за допомогою звичайних хромогенних реагентів завдяки новому нелінійному оптичному посиленню, швидкому перемиканню зразків та виявленню глюкози.
Фотометрія широко використовується для аналізу слідів рідких зразків завдяки великій кількості доступних хромогенних реагентів та напівпровідникових оптоелектронних пристроїв1,2,3,4,5. Порівняно з традиційним визначенням абсорбції на основі кювет, капіляри рідинного хвилеводу (LWC) відбивають (TIR), утримуючи зондове світло всередині капіляра1,2,3,4,5. Однак, без подальшого вдосконалення, оптичний шлях близький лише до фізичної довжини LWC3,6, а збільшення довжини LWC понад 1,0 м призведе до сильного ослаблення світла та високого ризику утворення бульбашок тощо.3,7. Що стосується запропонованої багатовідбивної комірки для покращення оптичного шляху, межа виявлення покращується лише в 2,5-8,9 рази.
Наразі існує два основних типи LWC, а саме: тефлонові капіляри AF (з показником заломлення лише ~1,3, що нижче, ніж у води) та кремнієві капіляри, покриті тефлоновим AF або металевими плівками1,3,4. Для досягнення TIR на межі розділу між діелектричними матеріалами потрібні матеріали з низьким показником заломлення та високими кутами падіння світла3,6,10. Що стосується тефлонових капілярів AF, то тефлон AF є повітропроникним завдяки своїй пористій структурі3,11 та може поглинати невелику кількість речовин у зразках води. Для кварцових капілярів, покритих зовні тефлоновим AF або металом, показник заломлення кварцу (1,45) вищий, ніж у більшості рідких зразків (наприклад, 1,33 для води)3,6,12,13. Для капілярів, покритих металевою плівкою всередині, були досліджені транспортні властивості14,15,16,17,18, але процес нанесення покриття складний, поверхня металевої плівки має шорстку та пористу структуру4,19.
Крім того, комерційні LWC (капіляри AF з тефлоновим покриттям та капіляри AF з тефлоновим покриттям, World Precision Instruments, Inc.) мають деякі інші недоліки, такі як: можливість виникнення дефектів. Великий мертвий об'єм Т-подібного з'єднувача TIR3,10, (2) (для з'єднання капілярів, волокон та вхідних/вихідних трубок) може затримувати бульбашки повітря10.
Водночас, визначення рівня глюкози має велике значення для діагностики діабету, цирозу печінки та психічних захворювань20, а також багатьох методів виявлення, таких як фотометрія (включаючи спектрофотометрію21, 22, 23, 24, 25 та колориметрію на папері26, 27, 28), гальванометрія29, 30, 31, флуорометрія32, 33, 34, 35, оптична поляриметрія36, поверхневий плазмонний резонанс37, резонатор Фабрі-Перо38, електрохімія39 та капілярний електрофорез40,41 тощо. Однак більшість цих методів вимагають дорогого обладнання, а виявлення глюкози в кількох наномолярних концентраціях залишається проблемою (наприклад, для фотометричних вимірювань21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, найнижчої концентрації глюкози). обмеження становило лише 30 нМ, коли наночастинки берлінського блакитного використовувалися як імітатори пероксидази). Наномолярні аналізи глюкози часто потрібні для клітинних досліджень на молекулярному рівні, таких як пригнічення росту раку простати людини42 та поведінка Prochlorococcus щодо фіксації CO2 в океані.
У цій статті розроблено компактний, недорогий фотометр на основі металевого хвилеводного капіляра (МХК) з нержавіючої сталі SUS316L з електрополірованою внутрішньою поверхнею для ультрачутливого визначення поглинання. Оскільки світло може затримуватися всередині металевих капілярів незалежно від кута падіння, оптичний шлях може бути значно збільшений шляхом розсіювання світла на гофрованих та гладких металевих поверхнях, і він набагато довший за фізичну довжину МХК. Крім того, для оптичного з'єднання та входу/виходу рідини було розроблено простий Т-подібний роз'єм, щоб мінімізувати мертвий об'єм та уникнути захоплення бульбашок. Для 7-сантиметрового фотометра МХК межа виявлення покращується приблизно в 3000 разів порівняно з комерційним спектрофотометром з 1-сантиметровою кюветою завдяки новому вдосконаленню нелінійного оптичного шляху та швидкому перемиканню зразків, а також можна досягти концентрації виявлення глюкози лише 5,12 нМ за допомогою звичайних хромогенних реагентів.
Як показано на рисунку 1, фотометр на основі MWC складається з MWC довжиною 7 см з електрополірованою внутрішньою поверхнею EP-класу, світлодіода 505 нм з лінзою, фотодетектора з регульованим коефіцієнтом посилення та двох пристроїв для оптичного зв'язку та входу рідини. Вихід. Триходовий клапан, підключений до вхідної трубки Pike, використовується для перемикання вхідного зразка. Трубка Peek щільно прилягає до кварцової пластини та MWC, тому мертвий об'єм у Т-подібному роз'ємі зведено до мінімуму, що ефективно запобігає потраплянню повітряних бульбашок. Крім того, колімований промінь можна легко та ефективно вводити в MWC через Т-подібну кварцову пластину.
Промінь та рідкий зразок вводяться в МКЦ через трійник, а промінь, що проходить через МКЦ, приймається фотодетектором. Вхідні розчини забарвлених або холостих зразків по черзі вводилися в МКЦ через триходовий клапан. Згідно із законом Бера, оптичну густину забарвленого зразка можна розрахувати за рівнянням. 1.10
де Vcolor та Vblank – вихідні сигнали фотодетектора, коли в MCC відповідно вводяться кольоровий та холостий зразки, а Vdark – фоновий сигнал фотодетектора, коли світлодіод вимкнено. Зміну вихідного сигналу ΔV = Vcolor–Vblank можна виміряти шляхом перемикання зразків. Згідно з рівнянням. Як показано на рисунку 1, якщо ΔV значно менше, ніж Vblank–Vdark, то при використанні схеми перемикання вибірки невеликі зміни Vblank (наприклад, дрейф) можуть мати незначний вплив на значення AMWC.
Для порівняння продуктивності фотометра на основі MWC зі спектрофотометром на основі кювети, як кольоровий зразок було використано розчин червоного чорнила завдяки його чудовій стабільності кольору та хорошій лінійності концентрація-поглинання, а DI H2O – як холостий зразок. Як показано в Таблиці 1, серію розчинів червоного чорнила було приготовано методом серійного розведення з використанням DI H2O як розчинника. Відносна концентрація зразка 1 (S1), нерозведеної вихідної червоної фарби, була визначена як 1,0. На рис. 2 показано оптичні фотографії 11 зразків червоного чорнила (S4 - S14) з відносними концентраціями (переліченими в Таблиці 1) у діапазоні від 8,0 × 10–3 (ліворуч) до 8,2 × 10–10 (праворуч).
Результати вимірювань для зразка 6 показано на рис. 3(a). Точки перемикання між забарвленими та холостими зразками позначені на рисунку подвійними стрілками «↔». Видно, що вихідна напруга швидко зростає при перемиканні з кольорових зразків на холості та навпаки. Vcolor, Vblank та відповідне ΔV можна отримати, як показано на рисунку.
(a) Результати вимірювань для зразка 6, (b) зразка 9, (c) зразка 13 та (d) зразка 14 за допомогою фотометра на основі MWC.
Результати вимірювань для зразків 9, 13 та 14 показано на рис. 3(b)-(d) відповідно. Як показано на рисунку 3(d), виміряне ΔV становить лише 5 нВ, що майже в 3 рази перевищує значення шуму (2 нВ). Невелике ΔV важко відрізнити від шуму. Таким чином, межа виявлення досягла відносної концентрації 8,2×10⁻¹0 (зразок 14). За допомогою рівнянь. 1. Поглинання AMWC можна розрахувати за виміряними значеннями Vcolor, Vblank та Vdark. Для фотодетектора з коефіцієнтом підсилення 10⁻⁴ Vdark становить -0,68 мкВ. Результати вимірювань для всіх зразків наведено в таблиці 1 та можна знайти в додаткових матеріалах. Як показано в таблиці 1, поглинання, виявлене при високих концентраціях, насичується, тому поглинання вище 3,7 не може бути виміряне за допомогою спектрометрів на основі MWC.
Для порівняння, зразок червоного чорнила також був виміряний спектрофотометром, а виміряне поглинання Acuvette показано на рисунку 4. Значення Acuvette при 505 нм (як показано в таблиці 1) були отримані шляхом звернення до кривих зразків 10, 11 або 12 (як показано на вставці) (див. рис. 4) як до базової лінії. Як показано, межа виявлення досягла відносної концентрації 2,56 x 10-6 (зразок 9), оскільки криві поглинання зразків 10, 11 та 12 були невідрізними одна від одної. Таким чином, при використанні фотометра на основі MWC межа виявлення була покращена в 3125 разів порівняно зі спектрофотометром на основі кювети.
Залежність поглинання від концентрації представлена ​​на рис. 5. Для кюветних вимірювань поглинання пропорційне концентрації чорнила на довжині шляху 1 см. Тоді як для вимірювань на основі MWC спостерігалося нелінійне збільшення поглинання при низьких концентраціях. Згідно зі законом Бера, поглинання пропорційне довжині оптичного шляху, тому коефіцієнт посилення поглинання AEF (визначений як AEF = AMWC/Acuvette при тій самій концентрації чорнила) – це відношення MWC до довжини оптичного шляху кювети. Як показано на рис. 5, при високих концентраціях константа AEF становить близько 7,0, що є доцільним, оскільки довжина MWC рівно в 7 разів більша за довжину кювети 1 см. Однак, за низьких концентрацій (відповідна концентрація <1,28 × 10⁻⁶), AEF збільшується зі зменшенням концентрації та досягає значення 803 за відповідної концентрації 8,2 × 10⁻⁶ шляхом екстраполяції кривої вимірювання на основі кювети. Однак, за низьких концентрацій (відповідна концентрація <1,28 × 10⁻⁶), AEF збільшується зі зменшенням концентрації та досягає значення 803 за відповідної концентрації 8,2 × 10⁻⁶ шляхом екстраполяції кривої вимірювання на основі кювети. Однак при низьких концентраціях (відносна концентрація <1,28 × 10–5) AEF збільшується зі зменшенням концентрації і може досягати значення 803 при відносної концентрації 8,2 × 10–10 екстраполяції кривого виміру на основі кювети. Однак, за низьких концентрацій (відносна концентрація <1,28 × 10–5), AEF збільшується зі зменшенням концентрації та може досягати значення 803 за відносної концентрації 8,2 × 10–10 при екстраполяції з кривої вимірювання на основі кювети.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 пікселів. Однак при низьких концентраціях (релевантні концентрації < 1,28 × 10-5) АЕП збільшується зі зменшенням концентрації, а при екстраполяції кривого виміру на основі кювети вона досягає значення відносної концентрації 8,2 × 10–10 803 . Однак, за низьких концентрацій (відповідні концентрації < 1,28 × 10⁻⁶) AED зростає зі зменшенням концентрації, і при екстраполяції з кривої вимірювання на основі кювети досягає значення відносної концентрації 8,2 × 10⁻⁶ 10⁻⁶.Це призводить до відповідного оптичного шляху 803 см (AEF × 1 см), що значно більше, ніж фізична довжина MWC, і навіть більше, ніж найдовший комерційно доступний LWC (500 см від World Precision Instruments, Inc.). Doko Engineering LLC має довжину 200 см. Таке нелінійне збільшення поглинання в LWC раніше не повідомлялося.
На рис. 6(a)-(c) показано оптичне зображення, зображення, отримане за допомогою мікроскопа, та зображення, отримане за допомогою оптичного профілю, внутрішньої поверхні секції MWC відповідно. Як показано на рис. 6(a), внутрішня поверхня гладка та блискуча, може відбивати видиме світло та має високу відбивну здатність. Як показано на рис. 6(b), через деформованість та кристалічну природу металу на гладкій поверхні з'являються невеликі мези та нерівності. З огляду на малу площу (<5 мкм × 5 мкм), шорсткість більшої частини поверхні становить менше 1,2 нм (рис. 6(c)). З огляду на невелику площу (<5 мкм × 5 мкм), шорсткість більшої частини поверхні становить менше 1,2 нм (рис. 6(c)). У виді малої площі (<5 мкм×5 мкм) шероховатость більшої частини поверхні становить менше 1,2 нм (рис. 6(в)). Через малу площу (<5 мкм × 5 мкм), шорсткість більшої частини поверхні менше 1,2 нм (рис. 6(c)).考虑到小面积（<5 мкм×5 мкм），大多数表面的粗糙度小于1,2 нм（图6（c））。考虑到小面积（<5 мкм×5 мкм），大多数表面的粗糙度小于1,2 нм（图6（c））。 Учитывающая небольшую площадь (<5 мкм × 5 мкм), шероховатость більшості поверхонь становить менше 1,2 нм (рис. 6(в)). Враховуючи малу площу (<5 мкм × 5 мкм), шорсткість більшості поверхонь менше 1,2 нм (рис. 6(c)).
(a) Оптичне зображення, (b) зображення з мікроскопа та (c) оптичне зображення внутрішньої поверхні зрізу MWC.
Як показано на рис. 7(a), довжина оптичного шляху LOP у капілярі визначається кутом падіння θ (LOP = LC/sinθ, де LC – фізична довжина капіляра). Для тефлонових капілярів AF, заповнених деіонізованою водою (DI H2O), кут падіння має бути більшим за критичний кут 77,8°, тому LOP менше 1,02 × LC без подальшого покращення3,6. Тоді як у випадку MWC обмеження світла всередині капіляра не залежить від показника заломлення або кута падіння, тому зі зменшенням кута падіння шлях світла може бути набагато довшим за довжину капіляра (LOP » LC). Як показано на рис. 7(b), гофрована металева поверхня може викликати розсіювання світла, що може значно збільшити оптичний шлях.
Отже, для MWC існують два світлові шляхи: пряме світло без відбиття (LOP = LC) та пилкоподібне світло з багаторазовими відбиттями між боковими стінками (LOP » LC). Згідно зі законом Бера, інтенсивність пропущеного прямого та зигзагоподібного світла можна виразити як PS×exp(-α×LC) та PZ×exp(-α×LOP) відповідно, де константа α – коефіцієнт поглинання, який повністю залежить від концентрації чорнила.
Для чорнил високої концентрації (наприклад, споріднена концентрація >1,28 × 10-5) зигзагоподібне світло сильно ослаблене, а його інтенсивність значно нижча, ніж у прямого світла, через великий коефіцієнт поглинання та значно довший оптичний шлях. Для чорнил високої концентрації (наприклад, споріднена концентрація >1,28 × 10-5) зигзагоподібне світло сильно ослаблене, а його інтенсивність значно нижча, ніж у прямого світла, через великий коефіцієнт поглинання та значно довший оптичний шлях. Для чернила з високою концентрацією (наприклад, відносна концентрація >1,28 × 10-5) зигзагоподібний світло сильно затухає, а його інтенсивність набагато нижча, ніж у прямого світла, із-за більшого коефіцієнта поглинання та набагато більш довгого оптичного висвітлення. Для чорнил високої концентрації (наприклад, відносна концентрація >1,28×10-5) зигзагоподібне світло сильно ослаблене, а його інтенсивність значно нижча, ніж у прямого світла, через великий коефіцієнт поглинання та значно довше оптичне випромінювання.трек.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 з високою концентрацією (наприклад, релевантні концентрації >1,28×10-5) зигзагоподібний світ значно слабшає, і його інтенсивність набагато нижча, ніж у прямого світла із-за більшого коефіцієнта поглинання та більш тривалого оптичного часу. Для чорнил високої концентрації (наприклад, релевантних концентрацій >1,28×10-5) зигзагоподібне світло значно послаблюється, а його інтенсивність набагато нижча, ніж у прямого світла, через великий коефіцієнт поглинання та довший оптичний час.маленька дорога.Таким чином, пряме світло домінувало у визначенні поглинання (LOP=LC), а AEF підтримувався постійним на рівні ~7,0. Навпаки, коли коефіцієнт поглинання зменшується зі зменшенням концентрації чорнила (наприклад, пов'язана концентрація <1,28 × 10-5), інтенсивність зигзагоподібного світла зростає швидше, ніж інтенсивність прямого світла, і тоді зигзагоподібне світло починає відігравати важливішу роль. Навпаки, коли коефіцієнт поглинання зменшується зі зменшенням концентрації чорнила (наприклад, пов'язана концентрація <1,28 × 10-5), інтенсивність зигзагоподібного світла зростає швидше, ніж інтенсивність прямого світла, і тоді зигзагоподібне світло починає відігравати важливішу роль. На противагу, коли коефіцієнт поглинання зменшується зі зменшенням концентрації чернила (наприклад, відносна концентрація <1,28 × 10-5), інтенсивність зигзагоподібного світла збільшується швидше, ніж у прямого світла, і починає грати зигзагоподібний світ. Навпаки, коли коефіцієнт поглинання зменшується зі зменшенням концентрації чорнила (наприклад, відносна концентрація <1,28×10-5), інтенсивність зигзагоподібного світла зростає швидше, ніж інтенсивність прямого світла, і тоді починає проявлятися зигзагоподібне світло.важливішу роль.相反，当吸收系数随着墨水浓度的降低而降低时（例如，相关浓度<1,28×10-5 ），Z字形光的强度比直光增加得更快，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。 І навпаки, коли коефіцієнт поглинання зменшується зі зменшенням концентрації чернила (наприклад, відповідна концентрація < 1,28×10-5), інтенсивність зигзагоподібного світла збільшується швидше, ніж прямо, і тоді роль зигзагоподібного світла починає грати більш важливу роль. І навпаки, коли коефіцієнт поглинання зменшується зі зменшенням концентрації чорнила (наприклад, відповідна концентрація < 1,28×10-5), інтенсивність зигзагоподібного світла зростає швидше, ніж прямого світла, і тоді зигзагоподібне світло починає відігравати важливішу роль.рольовий персонаж.Отже, завдяки пилкоподібному оптичному шляху (LOP » LC), AEF може бути збільшений набагато більше, ніж 7.0. Точні характеристики світлопропускання MWC можуть бути отримані за допомогою теорії хвилеводних мод.
Окрім покращення оптичного шляху, швидке перемикання зразків також сприяє наднизьким межам виявлення. Через малий об'єм MCC (0,16 мл), час, необхідний для перемикання та зміни розчинів у MCC, може бути менше 20 секунд. Як показано на рисунку 5, мінімальне виявлюване значення AMWC (2,5 × 10–4) у 4 рази нижче, ніж у Acuvette (1,0 × 10–3). Швидке перемикання розчину, що протікає, у капілярі зменшує вплив системного шуму (наприклад, дрейфу) на точність визначення різниці абсорбції порівняно з розчином утримання в кюветі. Наприклад, як показано на рис. 3(b)-(d), ΔV можна легко відрізнити від сигналу дрейфу через швидке перемикання зразків у капілярі малого об'єму.
Як показано в Таблиці 2, було приготовано ряд розчинів глюкози різної концентрації з використанням деіонізованої води (ДЕ) як розчинника. Забарвлені або холості зразки готували шляхом змішування розчину глюкози або деіонізованої води з хромогенними розчинами глюкозооксидази (GOD) та пероксидази (POD) 37 у фіксованому об'ємному співвідношенні 3:1 відповідно. На рис. 8 показано оптичні фотографії дев'яти забарвлених зразків (S2-S10) з концентрацією глюкози від 2,0 мМ (ліворуч) до 5,12 нМ (праворуч). Почервоніння зменшується зі зменшенням концентрації глюкози.
Результати вимірювань зразків 4, 9 та 10 за допомогою фотометра на основі MWC показано на рис. 9(a)-(c) відповідно. Як показано на рис. 9(c), виміряне ΔV стає менш стабільним і повільно зростає під час вимірювання, оскільки колір самого реагенту GOD-POD (навіть без додавання глюкози) повільно змінюється на світлі. Таким чином, послідовні вимірювання ΔV не можуть бути повторені для зразків з концентрацією глюкози менше 5,12 нМ (зразок 10), оскільки коли ΔV достатньо мале, нестабільністю реагенту GOD-POD більше не можна нехтувати. Отже, межа виявлення для розчину глюкози становить 5,12 нМ, хоча відповідне значення ΔV (0,52 мкВ) набагато більше, ніж значення шуму (0,03 мкВ), що вказує на те, що невелике ΔV все ще можна виявити. Цю межу виявлення можна додатково покращити, використовуючи більш стабільні хромогенні реагенти.
(a) Результати вимірювань для зразка 4, (b) зразка 9 та (c) зразка 10 за допомогою фотометра на основі MWC.
Поглинання AMWC можна розрахувати, використовуючи виміряні значення Vcolor, Vblank та Vdark. Для фотодетектора з коефіцієнтом підсилення 105 Vdark становить -0,068 мкВ. Вимірювання для всіх зразків можна встановити в додаткових матеріалах. Для порівняння, зразки глюкози також вимірювали спектрофотометром, і виміряне поглинання Acuvette досягло межі виявлення 0,64 мкМ (зразок 7), як показано на рисунку 10.
Зв'язок між поглинанням та концентрацією представлено на рисунку 11. За допомогою фотометра на основі MWC було досягнуто 125-кратного покращення межі виявлення порівняно зі спектрофотометром на основі кювети. Це покращення нижче, ніж у випадку аналізу з червоним чорнилом, через низьку стабільність реагенту GOD-POD. Також спостерігалося нелінійне збільшення поглинання при низьких концентраціях.
Фотометр на основі MWC був розроблений для надчутливого виявлення рідких зразків. Оптичний шлях може бути значно збільшений і набагато довший за фізичну довжину MWC, оскільки світло, розсіяне гофрованими гладкими металевими боковими стінками, може утримуватися всередині капіляра незалежно від кута падіння. Концентрації до 5,12 нМ можуть бути досягнуті за допомогою звичайних реагентів GOD-POD завдяки новому нелінійному оптичному підсиленню, швидкому перемиканню зразків і виявленню глюкози. Цей компактний і недорогий фотометр буде широко використовуватися в науках про життя та моніторингу навколишнього середовища для аналізу слідів.
Як показано на рисунку 1, фотометр на основі MWC складається з MWC довжиною 7 см (внутрішній діаметр 1,7 мм, зовнішній діаметр 3,18 мм, електрополірована внутрішня поверхня класу EP, капіляр з нержавіючої сталі SUS316L), світлодіода з довжиною хвилі 505 нм (Thorlabs M505F1) та лінз (розкид променя близько 6,6 градусів), фотодетектора зі змінним підсиленням (Thorlabs PDB450C) та двох Т-подібних роз'ємів для оптичного зв'язку та входу/виходу рідини. Т-подібний роз'єм виготовлено шляхом приєднання прозорої кварцової пластини до трубки з PMMA, в яку щільно вставлені та приклеєні трубки MWC та Peek (внутрішній діаметр 0,72 мм, зовнішній діаметр 1,6 мм, Vici Valco Corp.). Триходовий клапан, підключений до вхідної трубки Pike, використовується для перемикання вхідного зразка. Фотодетектор може перетворювати прийняту оптичну потужність P на посилений сигнал напруги N×V (де V/P = 1,0 В/Вт при 1550 нм, коефіцієнт підсилення N можна регулювати вручну в діапазоні 103-107). Для стислості як вихідний сигнал використовується V замість N×V.
Для порівняння, для вимірювання поглинання рідких зразків також використовували комерційний спектрофотометр (Agilent Technologies Cary 300 серії з високоефективним фотопомножувачем R928) з кюветною коміркою розміром 1,0 см.
Внутрішню поверхню зрізу MWC досліджували за допомогою оптичного профілографа поверхні (ZYGO New View 5022) з вертикальною та поперечною роздільною здатністю 0,1 нм та 0,11 мкм відповідно.
Усі хімічні речовини (аналітичного класу, без подальшого очищення) були придбані у Sichuan Chuangke Biotechnology Co., Ltd. Набори для визначення глюкози включають глюкозооксидазу (GOD), пероксидазу (POD), 4-аміноантипірин та фенол тощо. Хромогенний розчин готували звичайним методом GOD-POD 37.
Як показано в Таблиці 2, було приготовано ряд розчинів глюкози різної концентрації з використанням деіонізованої води як розріджувача методом серійного розведення (див. Додаткові матеріали для отримання детальної інформації). Підготуйте забарвлені або холості зразки, змішавши розчин глюкози або деіонізовану воду з хромогенним розчином у фіксованому об'ємному співвідношенні 3:1 відповідно. Всі зразки зберігали при температурі 37°C у захищеному від світла місці протягом 10 хвилин перед вимірюванням. У методі GOD-POD забарвлені зразки червоніють з максимумом поглинання при 505 нм, і поглинання майже пропорційне концентрації глюкози.
Як показано в таблиці 1, серію розчинів червоного чорнила (Ostrich Ink Co., Ltd., Тяньцзінь, Китай) було приготовано методом серійного розведення з використанням деіонізованої води як розчинника.
Як цитувати цю статтю: Бай, М. та ін. Компактний фотометр на основі металевих хвилеводних капілярів: для визначення наномолярних концентрацій глюкози. the science. 5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
Дресс, П. та Франке, Г. Підвищення точності аналізу рідин та контролю значення pH за допомогою хвилеводу з рідким осердям. Дресс, П. та Франке, Г. Підвищення точності аналізу рідин та контролю значення pH за допомогою хвилеводу з рідким осердям.Дресс, П. та Франке, Г. Підвищення точності аналізу рідин та контролю pH за допомогою хвилеводу з рідким осердям. 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pHДресс, П. та Франке, Г. Підвищення точності аналізу рідин та контролю pH за допомогою хвилеводів з рідким сердечником.Переключіться на науку. meter. 68, 2167–2171 (1997).
Лі, К.П., Чжан, Дж. -З., Міллеро, Ф.Дж. та Ханселл, Д.А. Безперервне колориметричне визначення слідів амонію в морській воді за допомогою капілярної комірки з рідинним хвилеводом з довгим пробігом. Лі, К.П., Чжан, Дж.-З., Міллеро, Ф.Дж. та Ханселл, Д.А. Безперервне колориметричне визначення слідів амонію в морській воді за допомогою капілярної комірки з рідинним хвилеводом з довгим пробігом.Лі, К.П., Чжан, Дж.-З., Міллеро, Ф.Дж. та Хансель, Д.А. Безперервне колориметричне визначення слідових кількостей амонію в морській воді за допомогою капілярної комірки з рідинним хвилеводом. 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。 Лі, К.П., Чжан, Ж.-З., Міллеро, Ф.Дж. та Хенселл, Д.А.Лі, К.П., Чжан, Дж.-З., Міллеро, Ф.Дж. та Хансель, Д.А. Безперервне колориметричне визначення слідових кількостей амонію в морській воді з використанням капілярів рідинних хвилеводів великої дальності.Хімія у березні. 96, 73–85 (2005).
Паскоа, Р.Н.М.Й., Тот, І.В. та Рангель, АОСС. Огляд нещодавніх застосувань капілярної комірки рідинного хвилеводу в методах аналізу на основі потоку для підвищення чутливості спектроскопічних методів детектування. Паскоа, Р.Н.М.Й., Тот, І.В. та Рангель, АОСС. Огляд нещодавніх застосувань капілярної комірки рідинного хвилеводу в методах аналізу на основі потоку для підвищення чутливості спектроскопічних методів детектування.Паскоа, Р.Н.М.Дж., Тот, І.В. та Рангель, А.О.С. Огляд нещодавніх застосувань капілярної комірки рідинного хвилеводу в методах аналізу потоку для підвищення чутливості спектроскопічних методів детектування. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS回顾液体波导毛细管单元在基于流动的分析技术中的最新应用，以提高光谱检测方法的灵敏度。 Páscoa, rnmj, tóth, IV & rangel, aoss 回顾 液体 毛细管 单元 在 基于 的 分析 技术 中 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Паскоа, Р.Н.М.Дж., Тот, І.В. та Рангель, А.О.С. Огляд нещодавнього застосування капілярних комірок на основі рідинних хвилеводів у проточних аналітичних методах для підвищення чутливості спектроскопічних методів детектування.анус. Хім. Закон 739, 1-13 (2012).
Вень, Т., Гао, Дж., Чжан, Дж., Бянь, Б. та Шень, Дж. Дослідження товщини плівок Ag, AgI в капілярі для порожнистих хвилеводів. Вень, Т., Гао, Дж., Чжан, Дж., Бянь, Б. та Шень, Дж. Дослідження товщини плівок Ag, AgI в капілярі для порожнистих хвилеводів.Вень Т., Гао Дж., Чжан Дж., Бянь Б. та Шень Дж. Дослідження товщини плівок Ag, AgI в капілярі для порожнистих хвилеводів. Вен, Т., Гао, Дж., Чжан, Дж., Біан, Б. та Шен, Дж. 中空波导毛细管中Ag、AgI 薄膜厚度的研究。 Вень, Т., Гао, Дж., Чжан, Дж., Бянь, Б. та Шень, Дж. Дослідження товщини тонкої плівки Ag та AgI у повітропроводі.Вень Т., Гао Дж., Чжан Дж., Бянь Б. та Шень Дж. Дослідження товщини тонких плівок Ag, AgI у капілярах порожнистих хвилеводів.Інфрачервона фізика. Технологія 42, 501–508 (2001).
Гімберт, Л.Дж., Хейгарт, П.М. та Ворсфолд, П.Дж. Визначення наномолярних концентрацій фосфатів у природних водах за допомогою інжекції потоку з капілярною коміркою рідинного хвилеводу з довгою довжиною шляху та твердотільного спектрофотометричного детектування. Гімберт, Л.Дж., Хейгарт, П.М. та Ворсфолд, П.Дж. Визначення наномолярних концентрацій фосфатів у природних водах за допомогою інжекції потоку з капілярною коміркою рідинного хвилеводу з довгою довжиною шляху та твердотільного спектрофотометричного детектування.Гімберт, Л.Дж., Хейгарт, П.М. та Ворсфолд, П.Дж. Визначення наномолярних концентрацій фосфатів у природних водах за допомогою інжекції потоку з капілярною коміркою рідинного хвилеводу та твердотільного спектрофотометричного детектування. Гімберт, Л.Ж., Хейгарт, П.М. та Ворсфолд, П.Дж使用流动注射和长光程液体波导毛细管和固态分光光度检测法测定天然水中纳摩尔浓度的磷酸盐。 Гімберт, Л.Дж., Хейгарт, П.М. та Ворсфолд, П.Дж. Визначення концентрації фосфатів у природній воді за допомогою рідинного шприца та капілярної трубки з довгим радіусом дії рідинного хвилеводу.Гімберт, Л.Дж., Хейгарт, П.М. та Ворсфолд, П.Дж. Визначення наномолярного фосфату в природній воді за допомогою інжекційного потоку та капілярного хвилеводу з довгим оптичним шляхом та твердотільним спектрофотометричним детектуванням.Таранта 71, 1624–1628 (2007).
Белз, М., Дресс, П., Сухицький, А. та Лю, С. Лінійність та ефективна оптична довжина шляху капілярних комірок рідинного хвилеводу. Белз, М., Дресс, П., Сухицький, А. та Лю, С. Лінійність та ефективна оптична довжина шляху капілярних комірок рідинного хвилеводу.Белз М., Дресс П., Сухицький А. та Лю С. Лінійність та ефективна довжина оптичного шляху в рідинних хвилеводах у капілярних комірках. 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。 Белз, М., Дресс, П., Сухицький, А. та Лю, С. Лінійність та ефективна довжина рідкої води.Белз М., Дресс П., Сухицький А. та Лю С. Лінійна та ефективна оптична довжина шляху в рідинній хвилі капілярної комірки.СПІЕ 3856, 271–281 (1999).
Даллас, Т. та Дасгупта, П.К. Світло в кінці тунелю: нещодавні аналітичні застосування хвилеводів з рідким осердям. Даллас, Т. та Дасгупта, П.К. Світло в кінці тунелю: нещодавні аналітичні застосування хвилеводів з рідким осердям.Даллас, Т. та Дасгупта, П.К. Світло в кінці тунелю: нещодавні аналітичні застосування хвилеводів з рідким осердям. Dallas, T. & Dasgupta, PK Світло в кінці тунелю：液芯波导的最新分析应用。 Dallas, T. & Dasgupta, PK Світло в кінці тунелю：液芯波导的最新分析应用。Даллас, Т. та Дасгупта, П.К. Світло в кінці тунелю: новітнє аналітичне застосування хвилеводів з рідким осердям.TrAC, аналіз трендів. Хімічна. 23, 385–392 (2004).
Елліс, П.С., Джентл, Б.С., Грейс, М.Р. та МакКелві, Айдахо. Універсальна фотометрична детекційна комірка повного внутрішнього відбиття для аналізу потоку. Елліс, П.С., Джентл, Б.С., Грейс, М.Р. та МакКелві, Айдахо. Універсальна фотометрична детекційна комірка повного внутрішнього відбиття для аналізу потоку.Елліс, П.С., Джентл, Б.С., Грейс, М.Р. та МакКелві, І.Д. Універсальна фотометрична комірка повного внутрішнього відбиття для аналізу потоку. Елліс, П. С., Джентл, Б. С., Грейс, М-Р і Маккелві, І. Д. 用于流量分析的多功能全内反射光度检测池。 Елліс, П.С., Джентл, Б.С., Грейс, М.Р. та Маккелві, АйдахоЕлліс, П.С., Джентл, Б.С., Грейс, М.Р. та МакКелві, І.Д. Універсальна фотометрична комірка TIR для аналізу потоку.Таранта 79, 830–835 (2009).
Елліс, П.С., Лідді-Міні, А.Дж., Ворсфолд, П.Дж. та МакКелві, І.Д. Багатовідбивна фотометрична проточна комірка для використання в аналізі потоку за допомогою інжекції в естуарні води. Елліс, П.С., Лідді-Міні, А.Дж., Ворсфолд, П.Дж. та МакКелві, І.Д. Багатовідбивна фотометрична проточна комірка для використання в аналізі потоку за допомогою інжекції в естуарні води.Елліс, П.С., Лідді-Мінні, А.Дж., Ворсфолд, П.Дж. та МакКелві, І.Д. Багатовідбивна фотометрична проточна комірка для використання в аналізі потоку естуарних вод. Елліс, PS, Лідді-Міні, AJ, Уорсфолд, Пі Джей та Маккелві, ID 多反射光度流动池，用于河口水域的流动注入分析。 Елліс, П.С., Лідді-Міні, А.Дж., Ворсфолд, П.Дж. та Маккелві, Айдахо.Елліс, П.С., Лідді-Мінні, А.Дж., Ворсфолд, П.Дж. та МакКелві, І.Д. Багатовідбивна фотометрична проточна комірка для аналізу потоку впорскуванням в естуарні води.анус хім. Acta 499, 81-89 (2003).
Пан, Дж. -З., Яо, Б. та Фан, К. Ручний фотометр на основі детектування поглинання за допомогою рідкого хвилеводу з серцевиною для зразків нанолітрового масштабу. Пан, Дж.-З., Яо, Б. та Фан, К. Ручний фотометр на основі детектування поглинання за допомогою рідкого хвилеводу з рідким осердям для зразків нанолітрового масштабу.Пан, Дж.-З., Яо, Б. та Фан, К. Ручний фотометр на основі детектування поглинання на довжині хвилі з рідким ядром для зразків нанолітрового масштабу. 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. На основі 液芯波波水水水油法的纳法手手手持光度计。Пан, Дж.-З., Яо, Б. та Фан, К. Ручний фотометр з нанорозмірним зразком, заснований на виявленні поглинання в рідкому ядрі хвилі.Хімія ануса. 82, 3394–3398 (2010).
Чжан, Дж.-З. Підвищення чутливості аналізу потоку інжекції шляхом використання капілярної проточної комірки з довгим оптичним шляхом для спектрофотометричного детектування. анус. наука. 22, 57–60 (2006).
Д'Са, Е. Дж. та Стюард, Р. Г. Застосування рідкого капілярного хвилеводу в абсорбційній спектроскопії (відповідь на коментар Бірна та Кальтенбахера). Д'Са, Е. Дж. та Стюард, Р. Г. Застосування рідкого капілярного хвилеводу в абсорбційній спектроскопії (відповідь на коментар Бірна та Кальтенбахера).Д'Са, Е. Дж. та Стюард, Р. Г. Застосування рідинних капілярних хвилеводів в абсорбційній спектроскопії (відповідь на коментарі Бірна та Кальтенбахера). 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 Застосування рідкого 毛绿波波对在спектру поглинання（回复Byrne和Kaltenbacher的评论）.Д'Са, Е. Дж. та Стюард, Р. Г. Рідкі капілярні хвилеводи для абсорбційної спектроскопії (у відповідь на коментарі Бірна та Кальтенбахера).лімонол. Океанограф. 46, 742–745 (2001).
Хіджванія, С.К. та Гупта, Б.Д. Волоконно-оптичний датчик поглинання еванесцентного поля: вплив параметрів волокна та геометрії зонда. Хіджванія, С.К. та Гупта, Б.Д. Волоконно-оптичний датчик поглинання еванесцентного поля: вплив параметрів волокна та геометрії зонда.Хіджванія, С.К. та Гупта, Б.Д. Волоконно-оптичний датчик поглинання згасаючого поля: вплив параметрів волокна та геометрії зонда. 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。 Хіджванія, Саскачеван та Гупта, ДинастіяХіджванія, С.К. та Гупта, Б.Д. Волоконно-оптичні датчики з поглинанням еванесцентного поля: вплив параметрів волокна та геометрії зонда.Оптика та квантова електроніка 31, 625–636 (1999).
Біджицький, С., Бурич, М.П., ​​Фальк, Дж. та Вудрафф, С.Д. Кутовий вихід порожнистих, металево-облицьованих, хвилеводних раманівських датчиків. Біджицький, С., Бурич, М.П., ​​Фальк, Дж. та Вудрафф, С.Д. Кутовий вихід порожнистих, металево-облицьованих, хвилеводних раманівських датчиків.Беджицький, С., Буріч, М.П., ​​Фальк, Дж. та Вудрафф, С.Д. Кутовий вихід порожнистих хвилеводних раманівських датчиків з металевим покриттям. 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。 Бедрицький С., Бурич М.П., ​​Фальк Дж. та Вудрафф С.Д.Беджицький, С., Буріч, М.П., ​​Фальк, Дж. та Вудрафф, С.Д. Кутовий вихід датчика Рамана з хвилеводом з голого металу.заявка на вибір 51, 2023-2025 (2012).
Харрінгтон, Дж. А. Огляд порожнистих хвилеводів для передачі ІЧ-випромінювання. Інтеграція волокон. На вибір. 19, 211–227 (2000).