Cảm ơn bạn đã ghé thăm Nature.com. Phiên bản trình duyệt bạn đang sử dụng có hỗ trợ CSS hạn chế. Để có trải nghiệm tốt nhất, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng trình duyệt được cập nhật (hoặc tắt Chế độ tương thích trong Internet Explorer). Trong thời gian chờ đợi, để đảm bảo hỗ trợ liên tục, chúng tôi sẽ hiển thị trang web mà không có kiểu dáng và JavaScript.
Phân tích vết các mẫu chất lỏng có phạm vi ứng dụng rộng rãi trong khoa học sự sống và giám sát môi trường. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã phát triển một máy đo quang nhỏ gọn và giá rẻ dựa trên mao quản dẫn sóng kim loại (MCC) để xác định độ hấp thụ siêu nhạy. Đường dẫn quang có thể được tăng lên đáng kể, và dài hơn nhiều so với chiều dài vật lý của MWC, bởi vì ánh sáng tán xạ bởi các thành bên bằng kim loại nhẵn có dạng lượn sóng có thể được giữ lại bên trong mao quản bất kể góc tới. Nồng độ thấp tới 5,12 nM có thể đạt được bằng cách sử dụng các thuốc thử tạo màu thông thường nhờ vào sự khuếch đại quang học phi tuyến tính mới, khả năng chuyển đổi mẫu nhanh và phát hiện glucose.
Phương pháp đo quang phổ được sử dụng rộng rãi để phân tích vết các mẫu chất lỏng do sự phong phú của các thuốc thử tạo màu và các thiết bị quang điện tử bán dẫn có sẵn1,2,3,4,5. So với phương pháp xác định độ hấp thụ dựa trên cuvette truyền thống, mao quản dẫn sóng lỏng (LWC) phản xạ toàn phần (TIR) ​​bằng cách giữ ánh sáng thăm dò bên trong mao quản1,2,3,4,5. Tuy nhiên, nếu không có sự cải tiến hơn nữa, đường dẫn quang học chỉ gần bằng chiều dài vật lý của LWC3,6, và việc tăng chiều dài LWC vượt quá 1,0 m sẽ gặp phải hiện tượng suy giảm ánh sáng mạnh và nguy cơ hình thành bọt khí cao, v.v.3, 7. Đối với buồng phản xạ đa lớp được đề xuất để cải thiện đường dẫn quang học, giới hạn phát hiện chỉ được cải thiện từ 2,5 đến 8,9 lần.
Hiện nay có hai loại LWC chính, đó là mao quản Teflon AF (có chiết suất chỉ khoảng ~1,3, thấp hơn chiết suất của nước) và mao quản silica được phủ màng Teflon AF hoặc màng kim loại1,3,4. Để đạt được TIR tại giao diện giữa các vật liệu điện môi, cần có các vật liệu có chiết suất thấp và góc chiếu sáng cao3,6,10. Đối với mao quản Teflon AF, Teflon AF có khả năng thoáng khí do cấu trúc xốp3,11 và có thể hấp thụ một lượng nhỏ các chất trong mẫu nước. Đối với mao quản thạch anh được phủ bên ngoài bằng Teflon AF hoặc kim loại, chiết suất của thạch anh (1,45) cao hơn hầu hết các mẫu chất lỏng (ví dụ: 1,33 đối với nước)3,6,12,13. Đối với mao quản được phủ màng kim loại bên trong, các đặc tính vận chuyển đã được nghiên cứu14,15,16,17,18, nhưng quá trình phủ phức tạp, bề mặt của màng kim loại có cấu trúc thô ráp và xốp4,19.
Ngoài ra, các LWC thương mại (ống mao dẫn phủ Teflon AF và ống mao dẫn silica phủ Teflon AF, World Precision Instruments, Inc.) còn có một số nhược điểm khác, chẳng hạn như: đối với các lỗi. Thể tích chết lớn của TIR3,10, (2) đầu nối chữ T (để kết nối các ống mao dẫn, sợi và ống đầu vào/đầu ra) có thể giữ lại các bọt khí10.
Đồng thời, việc xác định nồng độ glucose rất quan trọng đối với việc chẩn đoán bệnh tiểu đường, xơ gan và bệnh tâm thần20. Có nhiều phương pháp phát hiện như đo quang (bao gồm đo quang phổ 21, 22, 23, 24, 25 và đo màu trên giấy 26, 27, 28), đo điện thế 29, 30, 31, đo huỳnh quang 32, 33, 34, 35, đo phân cực quang học 36, cộng hưởng plasmon bề mặt 37, khoang Fabry-Perot 38, điện hóa học 39 và điện di mao quản 40,41, v.v. Tuy nhiên, hầu hết các phương pháp này đều yêu cầu thiết bị đắt tiền, và việc phát hiện glucose ở nồng độ vài nanomolar vẫn là một thách thức (ví dụ, đối với các phép đo quang học21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, nồng độ glucose thấp nhất). giới hạn chỉ là 30 nM khi sử dụng các hạt nano Prussian blue làm chất bắt chước peroxidase). Phân tích glucose ở nồng độ nanomolar thường cần thiết cho các nghiên cứu tế bào ở cấp độ phân tử như ức chế sự phát triển của ung thư tuyến tiền liệt ở người42 và hành vi cố định CO2 của Prochlorococcus trong đại dương.
Bài báo này trình bày phát triển một máy đo quang nhỏ gọn, giá rẻ dựa trên mao quản dẫn sóng kim loại (MWC), một mao quản bằng thép không gỉ SUS316L với bề mặt bên trong được đánh bóng điện hóa,用于 xác định độ hấp thụ siêu nhạy. Vì ánh sáng có thể bị giữ lại bên trong mao quản kim loại bất kể góc tới, đường dẫn quang có thể được tăng lên đáng kể nhờ sự tán xạ ánh sáng trên các bề mặt kim loại gợn sóng và nhẵn, và dài hơn nhiều so với chiều dài vật lý của MWC. Ngoài ra, một đầu nối chữ T đơn giản đã được thiết kế cho kết nối quang học và đầu vào/đầu ra chất lỏng để giảm thiểu thể tích chết và tránh bẫy bọt khí. Đối với máy đo quang MWC 7 cm, giới hạn phát hiện được cải thiện khoảng 3000 lần so với máy đo quang phổ thương mại có cuvet 1 cm nhờ sự tăng cường mới của đường dẫn quang phi tuyến tính và chuyển đổi mẫu nhanh, và nồng độ phát hiện glucose cũng có thể đạt được chỉ 5,12 nM bằng cách sử dụng các thuốc thử tạo màu thông thường.
Như thể hiện trong Hình 1, máy đo quang dựa trên MWC bao gồm một MWC dài 7 cm với bề mặt bên trong được đánh bóng điện hóa cấp EP, một đèn LED 505 nm có thấu kính, một bộ tách sóng quang có độ khuếch đại điều chỉnh được, và hai đầu vào và đầu ra chất lỏng. Một van ba chiều được kết nối với ống dẫn Pike được sử dụng để chuyển đổi mẫu đi vào. Ống Peek khớp khít với tấm thạch anh và MWC, do đó thể tích chết trong đầu nối chữ T được giữ ở mức tối thiểu, ngăn ngừa hiệu quả việc bọt khí bị mắc kẹt. Ngoài ra, chùm tia song song có thể được đưa vào MWC một cách dễ dàng và hiệu quả thông qua tấm thạch anh hình chữ T.
Chùm tia và mẫu chất lỏng được đưa vào MCC thông qua một khớp nối hình chữ T, và chùm tia đi qua MCC được thu nhận bởi một bộ tách sóng quang. Các dung dịch mẫu nhuộm hoặc mẫu trắng được đưa vào ICC luân phiên thông qua một van ba chiều. Theo định luật Beer, mật độ quang học của một mẫu màu có thể được tính toán từ phương trình 1.10.
Trong đó, Vcolor và Vblank là tín hiệu đầu ra của bộ tách sóng quang khi mẫu màu và mẫu trắng được đưa vào MCC, tương ứng, và Vdark là tín hiệu nền của bộ tách sóng quang khi đèn LED tắt. Sự thay đổi trong tín hiệu đầu ra ΔV = Vcolor–Vblank có thể được đo bằng cách chuyển đổi mẫu. Theo phương trình. Như thể hiện trong Hình 1, nếu ΔV nhỏ hơn nhiều so với Vblank–Vdark, khi sử dụng sơ đồ chuyển đổi lấy mẫu, những thay đổi nhỏ trong Vblank (ví dụ như độ trôi) có thể có ít ảnh hưởng đến giá trị AMWC.
Để so sánh hiệu suất của máy đo quang dựa trên MWC với máy đo quang phổ dựa trên cuvette, dung dịch mực đỏ được sử dụng làm mẫu màu do độ ổn định màu tuyệt vời và độ tuyến tính nồng độ-độ hấp thụ tốt, nước khử ion (DI H2O) được sử dụng làm mẫu trắng. Như thể hiện trong Bảng 1, một loạt các dung dịch mực đỏ được chuẩn bị bằng phương pháp pha loãng nối tiếp sử dụng DI H2O làm dung môi. Nồng độ tương đối của mẫu 1 (S1), mực đỏ nguyên chất không pha loãng, được xác định là 1,0. Hình 2 cho thấy ảnh quang học của 11 mẫu mực đỏ (S4 đến S14) với nồng độ tương đối (được liệt kê trong Bảng 1) dao động từ 8,0 × 10–3 (trái) đến 8,2 × 10–10 (phải).
Kết quả đo cho mẫu 6 được thể hiện trong Hình 3(a). Các điểm chuyển đổi giữa mẫu nhuộm và mẫu trắng được đánh dấu trong hình bằng mũi tên kép “↔”. Có thể thấy rằng điện áp đầu ra tăng nhanh khi chuyển từ mẫu màu sang mẫu trắng và ngược lại. Vcolor, Vblank và ΔV tương ứng có thể được tính toán như trong hình.
(a) Kết quả đo đối với mẫu 6, (b) mẫu 9, (c) mẫu 13 và (d) mẫu 14 bằng máy đo quang dựa trên MWC.
Kết quả đo cho các mẫu 9, 13 và 14 được thể hiện lần lượt trong Hình 3(b)-(d). Như thể hiện trong Hình 3(d), ΔV đo được chỉ là 5 nV, gần gấp 3 lần giá trị nhiễu (2 nV). ΔV nhỏ rất khó phân biệt với nhiễu. Do đó, giới hạn phát hiện đạt đến nồng độ tương đối là 8,2×10-10 (mẫu 14). Với sự trợ giúp của phương trình 1, độ hấp thụ AMWC có thể được tính toán từ các giá trị Vcolor, Vblank và Vdark đo được. Đối với một bộ tách sóng quang có độ khuếch đại là 104, Vdark là -0,68 μV. Kết quả đo cho tất cả các mẫu được tóm tắt trong Bảng 1 và có thể được tìm thấy trong tài liệu bổ sung. Như thể hiện trong Bảng 1, độ hấp thụ tìm thấy ở nồng độ cao bị bão hòa, do đó độ hấp thụ trên 3,7 không thể đo được bằng máy quang phổ dựa trên MWC.
Để so sánh, một mẫu mực đỏ cũng được đo bằng máy quang phổ và độ hấp thụ Acuvette đo được được thể hiện trong Hình 4. Các giá trị Acuvette ở bước sóng 505 nm (như thể hiện trong Bảng 1) được thu được bằng cách tham chiếu đến đường cong của các mẫu 10, 11 hoặc 12 (như thể hiện trong hình nhỏ) làm đường cơ sở. Như đã thấy, giới hạn phát hiện đạt đến nồng độ tương đối là 2,56 x 10⁻⁶ (mẫu 9) vì đường cong hấp thụ của các mẫu 10, 11 và 12 không thể phân biệt được với nhau. Do đó, khi sử dụng máy đo quang dựa trên MWC, giới hạn phát hiện đã được cải thiện gấp 3125 lần so với máy quang phổ dựa trên cuvette.
Mối quan hệ giữa độ hấp thụ và nồng độ được trình bày trong Hình 5. Đối với các phép đo bằng cuvette, độ hấp thụ tỷ lệ thuận với nồng độ mực ở chiều dài đường truyền 1 cm. Trong khi đó, đối với các phép đo dựa trên MWC, sự gia tăng độ hấp thụ không tuyến tính được quan sát thấy ở nồng độ thấp. Theo định luật Beer, độ hấp thụ tỷ lệ thuận với chiều dài đường truyền quang học, do đó hệ số khuếch đại hấp thụ AEF (được định nghĩa là AEF = AMWC/Acuvette ở cùng nồng độ mực) là tỷ lệ giữa MWC và chiều dài đường truyền quang học của cuvette. Như thể hiện trong Hình 5, ở nồng độ cao, hằng số AEF xấp xỉ 7,0, điều này hợp lý vì chiều dài của MWC chính xác gấp 7 lần chiều dài của cuvette 1 cm. Tuy nhiên, ở nồng độ thấp (nồng độ tương đối <1,28 × 10-5), AEF tăng khi nồng độ giảm và sẽ đạt giá trị 803 ở nồng độ tương đối 8,2 × 10-10 bằng cách ngoại suy đường cong đo lường dựa trên cuvette. Tuy nhiên, ở nồng độ thấp (nồng độ tương đối <1,28 × 10-5), AEF tăng khi nồng độ giảm và sẽ đạt giá trị 803 ở nồng độ tương đối 8,2 × 10-10 bằng cách ngoại suy đường cong đo lường dựa trên cuvette. Однако при низких концентрациях (относительная концентрация <1,28 × 10–5) AEF увеличивается с уменьшением концентрации và может достигать значения 803 при относительной концентрации 8,2 × 10–10 при экстраполяции кривой измерения на основе кюветы. Tuy nhiên, ở nồng độ thấp (nồng độ tương đối <1,28 × 10–5), AEF tăng khi nồng độ giảm và có thể đạt giá trị 803 ở nồng độ tương đối 8,2 × 10–10 khi ngoại suy từ đường cong đo dựa trên cuvette.然而,在低浓度(相关浓度<1.28 × 10-5 )下,AEF随着浓度的降低而增加,并且通过外推基于比色皿的测量曲线,在相关浓度为8.2 × 10-10时将达到803 的值。然而 , 在 低 浓度 （相关 浓度 <1.28 × 10-5) , , , AEF 随着 的 降低 而 , 并且 通过 外推 基于比色皿 测量 曲线 ， 在 浓度 为 8,2 × 10-10 时 达到 达到 达到 达到 达到803 值。 Однако при низких концентрациях (релевантные концентрации < 1,28 × 10-5) АЭП увеличивается с уменьшением концентрации, và при экстраполяции người sử dụng thẻ tín dụng có thể đạt được mức tối đa 8,2 × 10–10 803 . Tuy nhiên, ở nồng độ thấp (nồng độ liên quan < 1,28 × 10-5), AED tăng khi nồng độ giảm, và khi ngoại suy từ đường cong đo dựa trên cuvette, nó đạt giá trị nồng độ tương đối là 8,2 × 10–10 803 .Điều này dẫn đến đường truyền quang tương ứng là 803 cm (AEF × 1 cm), dài hơn nhiều so với chiều dài vật lý của MWC, và thậm chí còn dài hơn cả LWC dài nhất hiện có trên thị trường (500 cm từ World Precision Instruments, Inc.). Doko Engineering LLC có chiều dài 200 cm). Sự gia tăng hấp thụ phi tuyến tính trong LWC này chưa từng được báo cáo trước đây.
Hình 6(a)-(c) lần lượt hiển thị ảnh quang học, ảnh hiển vi và ảnh đo độ nhám bề mặt của mặt trong phần MWC. Như thể hiện trong hình 6(a), bề mặt bên trong nhẵn bóng, có thể phản chiếu ánh sáng nhìn thấy và có độ phản xạ cao. Như thể hiện trong hình 6(b), do tính chất dễ biến dạng và tinh thể của kim loại, các gờ nhỏ và các chỗ không đều xuất hiện trên bề mặt nhẵn. Do diện tích nhỏ (<5 μm×5 μm), độ nhám của hầu hết bề mặt nhỏ hơn 1,2 nm (Hình 6(c)). Xét đến diện tích nhỏ (<5 μm×5 μm), độ nhám của hầu hết bề mặt nhỏ hơn 1,2 nm (Hình 6(c)). Bạn có thể sử dụng thẻ tín dụng (<5 mm×5 mm) để đạt được tốc độ tối đa 1,2 inch (рис. 6(в)). Do diện tích nhỏ (<5 µm×5 µm), độ nhám của hầu hết bề mặt nhỏ hơn 1,2 nm (Hình 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)）。 небольшую площадь (<5 мкм × 5 мкм), шероховатость большинства поверхностей составляет менее 1,2 mm (рис. 6(в)). Xét đến diện tích nhỏ (<5 µm × 5 µm), độ nhám của hầu hết các bề mặt đều nhỏ hơn 1,2 nm (Hình 6(c)).
(a) Hình ảnh quang học, (b) hình ảnh hiển vi, và (c) hình ảnh quang học của bề mặt bên trong vết cắt MWC.
Như thể hiện trong hình 7(a), đường truyền quang LOP trong mao quản được xác định bởi góc tới θ (LOP = LC/sinθ, trong đó LC là chiều dài vật lý của mao quản). Đối với mao quản Teflon AF chứa nước khử ion (DI H2O), góc tới phải lớn hơn góc tới hạn là 77,8°, do đó LOP nhỏ hơn 1,02 × LC nếu không có sự cải tiến thêm3.6. Trong khi đó, với MWC, sự giam giữ ánh sáng bên trong mao quản không phụ thuộc vào chiết suất hoặc góc tới, do đó khi góc tới giảm, đường truyền ánh sáng có thể dài hơn nhiều so với chiều dài của mao quản (LOP » LC). Như thể hiện trong hình 7(b), bề mặt kim loại lượn sóng có thể gây ra tán xạ ánh sáng, điều này có thể làm tăng đáng kể đường truyền quang.
Do đó, có hai đường truyền ánh sáng cho MWC: ánh sáng trực tiếp không phản xạ (LOP = LC) và ánh sáng răng cưa với nhiều lần phản xạ giữa các thành bên (LOP » LC). Theo định luật Beer, cường độ của ánh sáng trực tiếp và ánh sáng răng cưa truyền qua có thể được biểu thị lần lượt là PS×exp(-α×LC) và PZ×exp(-α×LOP), trong đó hằng số α là hệ số hấp thụ, hoàn toàn phụ thuộc vào nồng độ mực.
Đối với mực có nồng độ cao (ví dụ: nồng độ tương đối >1,28 × 10-5), ánh sáng zigzag bị suy giảm mạnh và cường độ thấp hơn nhiều so với ánh sáng thẳng, do hệ số hấp thụ lớn và đường truyền quang học dài hơn nhiều. Đối với mực có nồng độ cao (ví dụ: nồng độ tương đối >1,28 × 10-5), ánh sáng zigzag bị suy giảm mạnh và cường độ thấp hơn nhiều so với ánh sáng thẳng, do hệ số hấp thụ lớn và đường truyền quang học dài hơn nhiều. Для чернил с высокой концентрацией (например, относительная концентрация >1,28 × 10-5) зигзагообразный свет сильно затухает, а его интенсивность намного ниже, чем у прямого света, из-за большого коэффициента поглощения и гораздо более длинного оптического излучения. Đối với mực có nồng độ cao (ví dụ: nồng độ tương đối >1,28×10-5), ánh sáng zigzag bị suy giảm mạnh và cường độ thấp hơn nhiều so với ánh sáng trực tiếp do hệ số hấp thụ lớn và bước sóng phát xạ quang học dài hơn nhiều.theo dõi.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, và его bạn có thể không cần phải làm gì nữa, bạn có thể làm điều đó để có được một khoản vay lớn bạn có thể làm điều đó. Đối với mực có nồng độ cao (ví dụ: nồng độ tương ứng >1,28×10-5), ánh sáng zigzag bị suy giảm đáng kể và cường độ thấp hơn nhiều so với ánh sáng trực tiếp do hệ số hấp thụ lớn và thời gian quang học dài hơn.con đường nhỏ.Do đó, ánh sáng trực tiếp chiếm ưu thế trong việc xác định độ hấp thụ (LOP=LC) và AEF được giữ không đổi ở mức ~7.0. Ngược lại, khi hệ số hấp thụ giảm khi nồng độ mực giảm (ví dụ: nồng độ liên quan <1,28 × 10-5), cường độ ánh sáng zigzag tăng nhanh hơn cường độ ánh sáng thẳng và khi đó ánh sáng zigzag bắt đầu đóng vai trò quan trọng hơn. Ngược lại, khi hệ số hấp thụ giảm khi nồng độ mực giảm (ví dụ: nồng độ liên quan <1,28 × 10-5), cường độ ánh sáng zigzag tăng nhanh hơn cường độ ánh sáng thẳng và khi đó ánh sáng zigzag bắt đầu đóng vai trò quan trọng hơn. Hãy chắc chắn rằng bạn có thể có được một khoản tiền nhất định để có được một khoản tiền nhất định (например, относительная концентрация <1,28 × 10-5), интенсивность зигзагообразного света увеличивается быстрее, чем у прямого света, и затем начинает bạn có thể làm được điều đó. Ngược lại, khi hệ số hấp thụ giảm khi nồng độ mực giảm (ví dụ, nồng độ tương đối <1,28×10-5), cường độ ánh sáng zigzag tăng nhanh hơn cường độ ánh sáng trực tiếp, và khi đó ánh sáng zigzag bắt đầu phát huy tác dụng.vai trò quan trọng hơn.相反降低而降低时（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)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, и тогда зигзагообразный свет начинает играть более важную роль. Ngược lại, khi hệ số hấp thụ giảm khi nồng độ mực giảm (ví dụ, nồng độ tương ứng < 1,28×10-5), cường độ ánh sáng zigzag tăng nhanh hơn ánh sáng trực tiếp, và khi đó ánh sáng zigzag bắt đầu đóng vai trò quan trọng hơn.vai trò nhân vật.Do đó, nhờ đường dẫn quang hình răng cưa (LOP » LC), hệ số khuếch đại quang (AEF) có thể tăng lên nhiều hơn 7.0. Đặc tính truyền dẫn ánh sáng chính xác của MWC có thể thu được bằng cách sử dụng lý thuyết chế độ dẫn sóng.
Ngoài việc cải thiện đường dẫn quang học, việc chuyển đổi mẫu nhanh cũng góp phần tạo ra giới hạn phát hiện cực thấp. Do thể tích nhỏ của MCC (0,16 ml), thời gian cần thiết để chuyển đổi và thay đổi dung dịch trong MCC có thể ít hơn 20 giây. Như thể hiện trong Hình 5, giá trị phát hiện tối thiểu của AMWC (2,5 × 10–4) thấp hơn 4 lần so với Acuvette (1,0 × 10–3). Việc chuyển đổi nhanh dung dịch chảy trong mao quản làm giảm ảnh hưởng của nhiễu hệ thống (ví dụ như sự trôi dạt) đến độ chính xác của sự khác biệt độ hấp thụ so với dung dịch giữ trong cuvette. Ví dụ, như thể hiện trong hình 3(b)-(d), ΔV có thể dễ dàng phân biệt được với tín hiệu trôi dạt nhờ việc chuyển đổi mẫu nhanh trong mao quản thể tích nhỏ.
Như thể hiện trong Bảng 2, một loạt các dung dịch glucose ở các nồng độ khác nhau đã được chuẩn bị bằng cách sử dụng nước khử ion (DI H2O) làm dung môi. Các mẫu nhuộm hoặc mẫu trắng được chuẩn bị bằng cách trộn dung dịch glucose hoặc nước khử ion với dung dịch tạo màu của glucose oxidase (GOD) và peroxidase (POD) 37 theo tỷ lệ thể tích cố định là 3:1. Hình 8 cho thấy ảnh quang học của chín mẫu nhuộm (S2-S10) với nồng độ glucose dao động từ 2,0 mM (trái) đến 5,12 nM (phải). Độ đỏ giảm khi nồng độ glucose giảm.
Kết quả đo các mẫu 4, 9 và 10 bằng máy đo quang dựa trên MWC được thể hiện trong Hình 9(a)-(c) tương ứng. Như thể hiện trong hình 9(c), ΔV đo được trở nên kém ổn định hơn và tăng dần trong quá trình đo khi màu sắc của thuốc thử GOD-POD (ngay cả khi không thêm glucose) thay đổi chậm dưới ánh sáng. Do đó, không thể lặp lại các phép đo ΔV liên tiếp đối với các mẫu có nồng độ glucose nhỏ hơn 5,12 nM (mẫu 10), bởi vì khi ΔV đủ nhỏ, sự không ổn định của thuốc thử GOD-POD không thể bỏ qua được nữa. Vì vậy, giới hạn phát hiện đối với dung dịch glucose là 5,12 nM, mặc dù giá trị ΔV tương ứng (0,52 µV) lớn hơn nhiều so với giá trị nhiễu (0,03 µV), cho thấy rằng ΔV nhỏ vẫn có thể được phát hiện. Giới hạn phát hiện này có thể được cải thiện hơn nữa bằng cách sử dụng các thuốc thử tạo màu ổn định hơn.
(a) Kết quả đo đối với mẫu 4, (b) mẫu 9 và (c) mẫu 10 bằng máy đo quang dựa trên MWC.
Độ hấp thụ AMWC có thể được tính toán bằng cách sử dụng các giá trị Vcolor, Vblank và Vdark đã đo được. Đối với một bộ tách sóng quang có độ khuếch đại là 105, Vdark là -0,068 μV. Các phép đo cho tất cả các mẫu có thể được thiết lập trong tài liệu bổ sung. Để so sánh, các mẫu glucose cũng được đo bằng máy quang phổ và độ hấp thụ đo được của Acuvette đạt đến giới hạn phát hiện là 0,64 µM (mẫu 7) như thể hiện trong Hình 10.
Mối quan hệ giữa độ hấp thụ và nồng độ được trình bày trong Hình 11. Với máy đo quang dựa trên MWC, giới hạn phát hiện đã được cải thiện gấp 125 lần so với máy đo quang phổ dựa trên cuvette. Mức cải thiện này thấp hơn so với phương pháp định lượng bằng mực đỏ do tính ổn định kém của thuốc thử GOD-POD. Sự gia tăng không tuyến tính về độ hấp thụ ở nồng độ thấp cũng được quan sát thấy.
Máy đo quang dựa trên MWC đã được phát triển để phát hiện siêu nhạy các mẫu chất lỏng. Đường dẫn quang học có thể được tăng lên đáng kể, và dài hơn nhiều so với chiều dài vật lý của MWC, bởi vì ánh sáng tán xạ bởi các thành bên bằng kim loại nhẵn có dạng lượn sóng có thể được giữ lại bên trong mao quản bất kể góc tới. Nồng độ thấp tới 5,12 nM có thể đạt được bằng cách sử dụng thuốc thử GOD-POD thông thường nhờ vào sự khuếch đại quang học phi tuyến tính mới và khả năng chuyển đổi mẫu nhanh và phát hiện glucose. Máy đo quang nhỏ gọn và giá rẻ này sẽ được sử dụng rộng rãi trong khoa học sự sống và giám sát môi trường để phân tích vết.
Như thể hiện trong Hình 1, máy đo quang dựa trên MWC bao gồm một MWC dài 7 cm (đường kính trong 1,7 mm, đường kính ngoài 3,18 mm, bề mặt trong được đánh bóng điện hóa cấp EP, ống mao dẫn bằng thép không gỉ SUS316L), một đèn LED bước sóng 505 nm (Thorlabs M505F1), và các thấu kính (góc tán xạ khoảng 6,6 độ), bộ tách sóng quang có độ khuếch đại thay đổi (Thorlabs PDB450C) và hai đầu nối chữ T để truyền thông quang học và dẫn chất lỏng vào/ra. Đầu nối chữ T được tạo ra bằng cách gắn một tấm thạch anh trong suốt vào một ống PMMA, trong đó MWC và các ống Peek (đường kính trong 0,72 mm, đường kính ngoài 1,6 mm, Vici Valco Corp.) được lắp chặt và dán lại. Một van ba chiều được kết nối với ống dẫn Pike được sử dụng để chuyển đổi mẫu đầu vào. Bộ tách sóng quang có thể chuyển đổi công suất quang P nhận được thành tín hiệu điện áp khuếch đại N×V (trong đó V/P = 1,0 V/W ở bước sóng 1550 nm, hệ số khuếch đại N có thể được điều chỉnh thủ công trong khoảng 10³-10⁷). Để đơn giản, V được sử dụng thay cho N×V làm tín hiệu đầu ra.
Để so sánh, một máy quang phổ thương mại (Agilent Technologies Cary 300 series với bộ khuếch đại quang điện hiệu suất cao R928) có cốc đo 1,0 cm cũng được sử dụng để đo độ hấp thụ của các mẫu chất lỏng.
Bề mặt bên trong của vết cắt MWC được kiểm tra bằng máy đo biên dạng bề mặt quang học (ZYGO New View 5022) với độ phân giải theo chiều dọc và chiều ngang lần lượt là 0,1 nm và 0,11 µm.
Tất cả các hóa chất (loại phân tích, không cần tinh chế thêm) đều được mua từ Công ty TNHH Công nghệ sinh học Tứ Xuyên Chuangke. Bộ dụng cụ xét nghiệm glucose bao gồm glucose oxidase (GOD), peroxidase (POD), 4-aminoantipyrine và phenol, v.v. Dung dịch tạo màu được pha chế bằng phương pháp GOD-POD 37 thông thường.
Như thể hiện trong Bảng 2, một loạt các dung dịch glucose ở các nồng độ khác nhau đã được chuẩn bị bằng cách sử dụng nước khử ion (DI H2O) làm chất pha loãng theo phương pháp pha loãng nối tiếp (xem Tài liệu bổ sung để biết chi tiết). Chuẩn bị các mẫu đã nhuộm hoặc mẫu trắng bằng cách trộn dung dịch glucose hoặc nước khử ion với dung dịch tạo màu theo tỷ lệ thể tích cố định là 3:1. Tất cả các mẫu được bảo quản ở 37°C, tránh ánh sáng trong 10 phút trước khi đo. Trong phương pháp GOD-POD, các mẫu đã nhuộm chuyển sang màu đỏ với độ hấp thụ cực đại ở 505 nm, và độ hấp thụ gần như tỷ lệ thuận với nồng độ glucose.
Như thể hiện trong Bảng 1, một loạt dung dịch mực đỏ (Công ty TNHH Mực Đà điểu, Thiên Tân, Trung Quốc) được pha chế bằng phương pháp pha loãng nối tiếp sử dụng nước khử ion làm dung môi.
Cách trích dẫn bài báo này: Bai, M. et al. Máy đo quang nhỏ gọn dựa trên mao quản dẫn sóng kim loại: để xác định nồng độ glucose ở mức nanomolar. Khoa học. 5, 10476. doi: 10.1038/srep10476 (2015).
Dress, P. & Franke, H. Tăng độ chính xác của phân tích chất lỏng và kiểm soát giá trị pH bằng cách sử dụng ống dẫn sóng lõi lỏng. Dress, P. & Franke, H. Tăng độ chính xác của phân tích chất lỏng và kiểm soát giá trị pH bằng cách sử dụng ống dẫn sóng lõi lỏng.Dress, P. và Franke, H. Cải thiện độ chính xác của phân tích chất lỏng và kiểm soát pH bằng ống dẫn sóng lõi lỏng. 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. và Franke, H. Cải thiện độ chính xác của phân tích chất lỏng và kiểm soát pH bằng cách sử dụng ống dẫn sóng lõi lỏng.Chuyển sang khoa học. mét. 68, 2167–2171 (1997).
Li, QP, Zhang, J. -Z., Millero, FJ & Hansell, DA. Xác định liên tục lượng vết amoni trong nước biển bằng phương pháp đo màu sử dụng tế bào mao dẫn dẫn sóng chất lỏng đường dài. Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ & Hansell, DA. Xác định liên tục lượng vết amoni trong nước biển bằng phương pháp đo màu sử dụng tế bào mao dẫn dẫn sóng chất lỏng đường dài.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ và Hansel, DA. Xác định liên tục lượng vết amoni trong nước biển bằng phương pháp đo màu sử dụng tế bào mao dẫn có ống dẫn sóng chất lỏng. 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 và Hansel, DA. Xác định liên tục lượng vết amoni trong nước biển bằng phương pháp đo màu sử dụng mao quản dẫn sóng lỏng tầm xa.Hóa học tháng Ba. 96, 73–85 (2005).
Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS Bài đánh giá về các ứng dụng gần đây của tế bào mao dẫn sóng lỏng trong các kỹ thuật phân tích dựa trên dòng chảy nhằm nâng cao độ nhạy của các phương pháp phát hiện quang phổ. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS Bài đánh giá về các ứng dụng gần đây của tế bào mao dẫn sóng lỏng trong các kỹ thuật phân tích dựa trên dòng chảy nhằm nâng cao độ nhạy của các phương pháp phát hiện quang phổ.Pascoa, RNMJ, Toth, IV và Rangel, AOSS. Bài đánh giá về các ứng dụng gần đây của tế bào mao dẫn sóng lỏng trong các kỹ thuật phân tích dòng chảy nhằm cải thiện độ nhạy của các phương pháp phát hiện quang phổ. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS công ty cung cấp dịch vụ hỗ trợ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 và Rangel, AOSS. Bài đánh giá về các ứng dụng gần đây của tế bào mao dẫn sóng lỏng trong các phương pháp phân tích dựa trên dòng chảy nhằm nâng cao độ nhạy của các phương pháp phát hiện quang phổ.hậu môn. Chim. Act 739, 1-13 (2012).
Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Nghiên cứu độ dày của màng Ag, AgI trong mao quản dùng cho ống dẫn sóng rỗng. Wen, T., Gao, J., Zhang, J., Bian, B. & Shen, J. Nghiên cứu độ dày của màng Ag, AgI trong mao quản dùng cho ống dẫn sóng rỗng.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. và Shen J. Nghiên cứu độ dày của màng Ag, AgI trong mao quản dùng cho ống dẫn sóng rỗng. 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. Nghiên cứu về độ dày của màng mỏng Ag và AgI trong ống dẫn khí.Wen T., Gao J., Zhang J., Bian B. và Shen J. Nghiên cứu độ dày màng mỏng Ag, AgI trong mao quản dẫn sóng rỗng.Vật lý hồng ngoại. Công nghệ 42, 501–508 (2001).
Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Xác định nồng độ phosphat ở mức nanomolar trong nước tự nhiên bằng phương pháp bơm dòng chảy sử dụng tế bào mao dẫn dẫn sóng chất lỏng có đường dẫn dài và phát hiện quang phổ trạng thái rắn. Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Xác định nồng độ phosphat ở mức nanomolar trong nước tự nhiên bằng phương pháp bơm dòng chảy sử dụng tế bào mao dẫn dẫn sóng chất lỏng có đường dẫn dài và phát hiện quang phổ trạng thái rắn.Gimbert, LJ, Haygarth, PM và Worsfold, PJ Xác định nồng độ phosphat ở mức nanomolar trong nước tự nhiên bằng phương pháp bơm dòng chảy sử dụng tế bào mao dẫn dẫn sóng chất lỏng và phát hiện quang phổ trạng thái rắn. Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ bạn có thể làm được điều đó Công ty có thể cung cấp dịch vụ hỗ trợ tốt nhất. Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Xác định nồng độ phosphat trong nước tự nhiên bằng cách sử dụng ống tiêm chất lỏng và ống mao dẫn sóng chất lỏng tầm xa.Gimbert, LJ, Haygarth, PM và Worsfold, PJ Xác định nồng độ phosphat ở mức nanomolar trong nước tự nhiên bằng cách sử dụng dòng chảy tiêm và ống dẫn sóng mao dẫn với đường dẫn quang học dài và phát hiện quang phổ trạng thái rắn.Taranta 71, 1624–1628 (2007).
Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Tính tuyến tính và chiều dài đường truyền quang hiệu dụng của các tế bào mao dẫn dẫn sóng lỏng. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Tính tuyến tính và chiều dài đường truyền quang hiệu dụng của các tế bào mao dẫn dẫn sóng lỏng.Belz M., Dress P., Suhitsky A. và Liu S. Tính tuyến tính và chiều dài đường truyền quang hiệu dụng trong ống dẫn sóng lỏng trong tế bào mao dẫn. 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. Tính tuyến tính và chiều dài hiệu dụng của nước lỏng.Belz M., Dress P., Suhitsky A. và Liu S. Chiều dài đường truyền quang tuyến tính và hiệu dụng trong sóng chất lỏng của tế bào mao dẫn.SPIE 3856, 271–281 (1999).
Dallas, T. & Dasgupta, PK Ánh sáng cuối đường hầm: các ứng dụng phân tích gần đây của ống dẫn sóng lõi lỏng. Dallas, T. & Dasgupta, PK Ánh sáng cuối đường hầm: các ứng dụng phân tích gần đây của ống dẫn sóng lõi lỏng.Dallas, T. và Dasgupta, PK. Ánh sáng cuối đường hầm: các ứng dụng phân tích gần đây của ống dẫn sóng lõi lỏng. Dallas, T. & Dasgupta, PK Ánh sáng cuối đường hầm：液芯波导的最新分析应用。 Dallas, T. & Dasgupta, PK Ánh sáng cuối đường hầm：液芯波导的最新分析应用。Dallas, T. và Dasgupta, PK. Ánh sáng cuối đường hầm: ứng dụng phân tích mới nhất của ống dẫn sóng lõi lỏng.TrAC, phân tích xu hướng. Hóa học. 23, 385–392 (2004).
Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID Một buồng phát hiện quang trắc phản xạ toàn phần đa năng dùng để phân tích dòng chảy. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID Một buồng phát hiện quang trắc phản xạ toàn phần đa năng dùng để phân tích dòng chảy.Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR và McKelvey, ID. Buồng phản xạ toàn phần quang học đa năng dùng để phân tích dòng chảy. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, IDEllis, PS, Gentle, BS, Grace, MR và McKelvey, ID. Buồng đo quang TIR đa năng dùng để phân tích dòng chảy.Taranta 79, 830–835 (2009).
Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID. Buồng đo quang đa phản xạ dùng trong phân tích dòng chảy tiêm mẫu nước cửa sông. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID. Buồng đo quang đa phản xạ dùng trong phân tích dòng chảy tiêm mẫu nước cửa sông.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ và McKelvey, ID. Một buồng đo quang đa phản xạ dùng trong phân tích dòng chảy của nước cửa sông. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ và McKelvey, ID. Một buồng đo quang đa phản xạ để phân tích dòng chảy trong nước cửa sông.hậu môn Chim. Acta 499, 81-89 (2003).
Pan, J. -Z., Yao, B. & Fang, Q. Máy đo quang cầm tay dựa trên phát hiện hấp thụ ống dẫn sóng lõi lỏng cho các mẫu có kích thước nanolít. Pan, J.-Z., Yao, B. & Fang, Q. Máy đo quang cầm tay dựa trên phát hiện hấp thụ ống dẫn sóng lõi lỏng cho các mẫu có kích thước nanolít.Pan, J.-Z., Yao, B. và Fang, K. Một máy đo quang cầm tay dựa trên phát hiện hấp thụ bước sóng lõi lỏng cho các mẫu có kích thước nanolít. 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. Dựa trên 液芯波波水水水油法的纳法手手手持光度计。Pan, J.-Z., Yao, B. và Fang, K. Một máy đo quang cầm tay với mẫu nano dựa trên việc phát hiện sự hấp thụ trong sóng lõi lỏng.Anus Chemical. 82, 3394–3398 (2010).
Zhang, J.-Z. Tăng độ nhạy của phân tích dòng chảy tiêm bằng cách sử dụng tế bào dòng chảy mao dẫn có đường dẫn quang học dài để phát hiện quang phổ. Hậu môn. Khoa học. 22, 57–60 (2006).
D'Sa, EJ & Steward, RG Ứng dụng ống dẫn sóng mao dẫn lỏng trong quang phổ hấp thụ (Phản hồi bình luận của Byrne và Kaltenbacher). D'Sa, EJ & Steward, RG Ứng dụng ống dẫn sóng mao dẫn lỏng trong quang phổ hấp thụ (Phản hồi bình luận của Byrne và Kaltenbacher).D'Sa, EJ và Steward, RG Ứng dụng của ống dẫn sóng mao dẫn lỏng trong quang phổ hấp thụ (Phản hồi ý kiến ​​của Byrne và 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 Ứng dụng phổ hấp thụ chất lỏng (回复Byrne和Kaltenbacher的评论).D'Sa, EJ và Steward, RG Ống dẫn sóng mao dẫn lỏng cho quang phổ hấp thụ (phản hồi ý kiến ​​của Byrne và Kaltenbacher).limonol. Nhà hải dương học. 46, 742–745 (2001).
Khijwania, SK & Gupta, BD Cảm biến hấp thụ trường suy giảm quang học sợi quang: Ảnh hưởng của các thông số sợi quang và hình dạng của đầu dò. Khijwania, SK & Gupta, BD Cảm biến hấp thụ trường suy giảm quang học sợi quang: Ảnh hưởng của các thông số sợi quang và hình dạng của đầu dò.Hijvania, SK và Gupta, BD Cảm biến hấp thụ trường biến mất quang học sợi quang: Ảnh hưởng của các thông số sợi quang và hình dạng đầu dò. 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 & Gupta, BDHijvania, SK và Gupta, BD Cảm biến quang học sợi quang hấp thụ trường suy giảm: ảnh hưởng của các thông số sợi quang và hình dạng đầu dò.Quang học và Điện tử lượng tử 31, 625–636 (1999).
Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD. Đầu ra góc của cảm biến Raman dạng ống dẫn sóng rỗng, lót kim loại. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD. Đầu ra góc của cảm biến Raman dạng ống dẫn sóng rỗng, lót kim loại.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. và Woodruff, SD. Đầu ra góc của cảm biến Raman dạng ống dẫn sóng rỗng có lớp lót kim loại. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. và Woodruff, SD. Đầu ra góc của cảm biến Raman với ống dẫn sóng kim loại trần.đơn xin chọn 51, 2023-2025 (2012).
Harrington, JA. Tổng quan về ống dẫn sóng rỗng để truyền tia hồng ngoại. Tích hợp sợi quang. để lựa chọn. 19, 211–227 (2000).