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 đã 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 mẫu chất lỏng có nhiều ứng dụng trong khoa học sự sống và giám sát môi trường. Trong công trình 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 cực nhạy. Đường dẫn quang có thể được tăng lên đáng kể và dài hơn nhiều so với chiều dài vật lý của MWC, vì ánh sáng bị tán xạ bởi các thành bên kim loại nhẵn có rãnh có thể được chứa 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 khuếch đại quang học phi tuyến tính mới và chuyển đổi mẫu nhanh và phát hiện glucose.
Quang trắc được sử dụng rộng rãi để phân tích vết các mẫu chất lỏng do có nhiều thuốc thử sinh màu và thiết bị quang điện tử bán dẫn1,2,3,4,5. So với phương pháp xác định độ hấp thụ dựa trên cuvet truyền thống, mao quản ống dẫn sóng lỏng (LWC) phản xạ (TIR) ​​bằng cách giữ đầu dò sáng bên trong mao quản1,2,3,4,5. Tuy nhiên, nếu không cải thiện thêm, đường dẫn quang chỉ gần bằng chiều dài vật lý của LWC3.6 và việc tăng chiều dài LWC vượt quá 1,0 m sẽ bị suy giảm ánh sáng mạnh và nguy cơ cao xuất hiện bọt khí, v.v.3, 7. Đối với ô phản xạ đa được đề xuất để cải thiện đường dẫn quang, giới hạn phát hiện chỉ được cải thiện theo hệ số 2,5-8,9.
Hiện nay có hai loại LWC chính, đó là mao quản Teflon AF (có chiết suất chỉ ~1,3, thấp hơn chiết suất của nước) và mao quản silica được phủ Teflon AF hoặc màng kim loại1,3,4. Để đạt được TIR tại giao diện giữa các vật liệu điện môi, cần có vật liệu có chiết suất thấp và góc tới cao3,6,10. Đối với mao quản Teflon AF, Teflon AF có khả năng thoáng khí do cấu trúc xốp3,11 của nó 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 một màng kim loại bên trong, các đặc tính vận chuyển đã được nghiên cứu14,15,16,17,18, nhưng quá trình phủ rất phức tạp, bề mặt của màng kim loại có cấu trúc thô và xốp4,19.
Ngoài ra, các LWC thương mại (Ống mao quản tráng Teflon AF và Ống mao quản tráng Silica AF, World Precision Instruments, Inc.) có một số nhược điểm khác, chẳng hạn như: đối với lỗi. . Thể tích chết lớn của đầu nối TIR3,10, (2) T (để kết nối các ống mao quản, sợi và ống vào/ra) có thể giữ lại các bong bóng khí10.
Đồng thời, việc xác định nồng độ glucose có tầm quan trọng lớn đối với việc chẩn đoán bệnh tiểu đường, xơ gan và bệnh tâm thần20. và nhiều phương pháp phát hiện như quang trắc (bao gồm quang phổ kế 21, 22, 23, 24, 25 và đo màu trên giấy 26, 27, 28), điện kế 29, 30, 31, huỳnh quang kế 32, 33, 34, 35, 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 một số nồng độ nanomolar vẫn là một thách thức (ví dụ, đối với các phép đo quang trắc21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, nồng độ glucose thấp nhất). giới hạn chỉ là 30 nM khi các hạt nano xanh Phổ được sử dụng làm chất mô phỏng peroxidase). Phân tích glucose nanomolar thường được yêu cầu 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.
Trong bài viết này, một máy quang kế nhỏ gọn, giá rẻ dựa trên mao quản dẫn sóng kim loại (MWC), mao quản bằng thép không gỉ SUS316L có bề mặt bên trong được đánh bóng điện hóa, đã được phát triển để xác định độ hấp thụ cực nhạy. Vì ánh sáng có thể bị giữ lại bên trong mao quản kim loại bất kể góc tới, nên đường đi quang học có thể được tăng lên đáng kể bằng cách tán xạ ánh sáng trên các bề mặt kim loại có rãnh và nhẵn, và dài hơn nhiều so với chiều dài vật lý của MWC. Ngoài ra, một đầu nối chữ T đơn giản được thiết kế cho kết nối quang học và đầu vào/ra chất lỏng để giảm thiểu thể tích chết và tránh bị kẹt bọt khí. Đối với máy quang kế MWC 7 cm, giới hạn phát hiện được cải thiện khoảng 3000 lần so với máy quang phổ thương mại có cuvet 1 cm do cải tiến mới của đường đi quang học phi tuyến tính và chuyển đổi mẫu nhanh, và nồng độ phát hiện glucose cũng có thể đạt được. chỉ 5,12 nM khi sử dụng 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 thể điều chỉnh độ khuếch đại và hai bộ tách sóng quang học và đầu vào chất lỏng. Thoát. Một van ba chiều được kết nối với ống đầu vào Pike được sử dụng để chuyển đổi mẫu đầu vào. Ống Peek vừa 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 các bọt khí bị giữ lại. Ngoài ra, chùm tia được định hướng có thể dễ dàng và hiệu quả được đưa vào MWC thông qua tấm thạch anh chữ T.
Chùm tia và mẫu chất lỏng được đưa vào MCC thông qua một ống chữ T, và chùm tia đi qua MCC được tiếp nhận bởi một máy dò quang. Các dung dịch mẫu nhuộm hoặc mẫu trắng được đưa vào lần lượt vào ICC thông qua một van ba chiều. Theo định luật Beer, mật độ quang của 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 các mẫu màu và mẫu trắng được đưa vào MCC, 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 trôi) có thể có ít tác động đến giá trị AMWC.
Để so sánh hiệu suất của máy quang kế dựa trên MWC với máy quang phổ dựa trên cuvet, dung dịch mực đỏ được sử dụng làm mẫu màu vì độ ổn định màu tuyệt vời và độ tuyến tính nồng độ-độ hấp thụ tốt, DI H2O làm mẫu trắng. Như thể hiện trong Bảng 1, một loạt các dung dịch mực đỏ đã 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), sơn đỏ nguyên bản chưa pha loãng, được xác định là 1,0. Trên hình. 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) nằm trong khoảng từ 8,0 × 10–3 (trái) đến 8,2 × 10–10 (phải).
Kết quả đo 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. Có thể thu được Vcolor, Vblank và ΔV tương ứng như thể hiện trong hình.
(a) Kết quả đo cho 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). Một 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 các phương trình. 1. Độ hấp thụ AMWC có thể được tính toán từ các giá trị Vcolor, Vblank và Vdark đo được. Đối với bộ tách sóng quang có độ khuếch đại 104 Vdark là -0,68 μV. Kết quả đo cho tất cả các mẫu được tóm tắt trong Bảng 1 và có thể tìm thấy trong tài liệu bổ sung. Như thể hiện trong Bảng 1, độ hấp thụ tìm thấy ở nồng độ cao sẽ 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 505 nm (như thể hiện trong Bảng 1) thu được bằng cách tham khảo các đường cong của mẫu 10, 11 hoặc 12 (như thể hiện trong phần chèn). trong Hình 4) làm đường cơ sở. Như thể hiện, giới hạn phát hiện đạt đến nồng độ tương đối là 2,56 x 10-6 (mẫu 9) vì đường cong hấp thụ của mẫu 10, 11 và 12 không thể phân biệt được với nhau. Do đó, khi sử dụng máy quang kế dựa trên MWC, giới hạn phát hiện được cải thiện gấp 3125 lần so với máy quang phổ dựa trên cuvet.
Sự phụ thuộc hấp thụ-nồng độ được trình bày trong Hình 5. Đối với các phép đo cuvet, độ hấp thụ tỷ lệ thuận với nồng độ mực ở độ dài đường đi là 1 cm. Trong khi đó, đối với các phép đo dựa trên MWC, sự gia tăng độ hấp thụ không tuyến tính đã được quan sát thấy ở nồng độ thấp. Theo định luật Beer, độ hấp thụ tỷ lệ thuận với độ dài đường đi quang học, do đó, độ lợi hấp thụ AEF (được định nghĩa là AEF = AMWC/Acuvette ở cùng nồng độ mực) là tỷ lệ giữa MWC và độ dài đường đi quang học của cuvet. Như thể hiện trong Hình 5, ở nồng độ cao, hằng số AEF vào khoảng 7,0, điều này hợp lý vì độ dài của MWC chính xác bằng 7 lần độ dài của cuvet 1 cm. Tuy nhiên, ở nồng độ thấp (nồng độ liên quan <1,28 × 10-5), AEF tăng khi nồng độ giảm và sẽ đạt giá trị 803 ở nồng độ liên quan là 8,2 × 10-10 bằng cách ngoại suy đường cong phép đo dựa trên cuvet. Tuy nhiên, ở nồng độ thấp (nồng độ liên quan <1,28 × 10-5), AEF tăng khi nồng độ giảm và sẽ đạt giá trị 803 ở nồng độ liên quan là 8,2 × 10-10 bằng cách ngoại suy đường cong phép đo dựa trên cuvet. 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 là 8,2 × 10–10 khi ngoại suy từ đường cong đo dựa trên cuvet.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 кривой измерения на основе кюветы она достигает значения относительной концентрации 8,2 × 10–10 803 . Tuy nhiên, ở nồng độ thấp (nồng độ có liên quan < 1,28 × 10-5), AED tăng khi nồng độ giảm và khi ngoại suy từ đường cong đo dựa trên cuvet, nó đạt giá trị nồng độ tương đối là 8,2 × 10–10 803.Điều này dẫn đến đường đi quang học tương ứng là 803 cm (AEF × 1 cm), dài hơn nhiều so với chiều dài vật lý của MWC, và thậm chí dài hơn cả LWC dài nhất hiện có trên thị trường (500 cm từ World Precision Instruments, Inc.). Doko Engineering LLC có chiều dài là 200 cm). Sự gia tăng hấp thụ phi tuyến tính này trong LWC chưa từng được báo cáo trước đây.
Trên hình 6(a)-(c) hiển thị ảnh quang học, ảnh kính hiển vi và ảnh quang học của bề mặt bên trong của phần MWC. Như thể hiện trong hình 6(a), bề mặt bên trong nhẵn và sáng bóng, có thể phản xạ ánh sáng khả kiến ​​và có độ phản xạ cao. Như thể hiện trong hình 6(b), do tính biến dạng và bản chất tinh thể của kim loại, các mặt phẳng nhỏ và các điểm không đều xuất hiện trên bề mặt nhẵn. Xét về diện tích nhỏ (<5 μm×5 μm), độ nhám của hầu hết bề mặt đều nhỏ hơn 1,2 nm (Hình 6(c)). Xét về diện tích nhỏ (<5 μm×5 μm), độ nhám của hầu hết bề mặt đều nhỏ hơn 1,2 nm (Hình 6(c)). Bạn có thể sử dụng một khoản tiền nhỏ (<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 đều 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 về 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) Ảnh quang học, (b) ảnh kính hiển vi và (c) ảnh quang học của bề mặt bên trong của vết cắt MWC.
Như thể hiện trong hình 7(a), đường dẫn quang học 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 đầy DI H2O, góc tới phải lớn hơn góc tới hạn 77,8°, do đó LOP nhỏ hơn 1,02 × LC mà không cần cải thiện thêm3.6. Trong khi đó, với MWC, sự giới hạn của ánh sáng bên trong mao quản không phụ thuộc vào chiết suất hoặc góc tới, do đó khi góc tới giảm, đường dẫn 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 gợn sóng có thể gây ra sự tán xạ ánh sáng, có thể làm tăng đáng kể đường dẫn quang học.
Do đó, có hai đường đi của ánh sáng đối với MWC: ánh sáng trực tiếp không phản xạ (LOP = LC) và ánh sáng răng cưa với nhiều phản xạ giữa các thành bên (LOP » LC). Theo định luật Beer, cường độ của ánh sáng trực tiếp và ánh sáng ngoằn ngoèo 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, phụ thuộc hoàn toàn vào nồng độ mực.
Đối với mực có nồng độ cao (ví dụ: nồng độ liên quan >1,28 × 10-5), ánh sáng ngoằn ngoèo bị suy yếu rất nhiều và cường độ của nó thấp hơn nhiều so với ánh sáng thẳng do hệ số hấp thụ lớn và đường quang học dài hơn nhiều. Đối với mực có nồng độ cao (ví dụ: nồng độ liên quan >1,28 × 10-5), ánh sáng ngoằn ngoèo bị suy yếu rất nhiều và cường độ của nó thấp hơn nhiều so với ánh sáng thẳng do hệ số hấp thụ lớn và đường đi 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 ngoằn ngoèo bị suy yếu mạnh và cường độ của nó thấp hơn nhiều so với ánh sáng trực tiếp do hệ số hấp thụ lớn và quá trình 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 liên quan >1,28×10-5), ánh sáng ngoằn ngoèo bị suy yếu đáng kể và cường độ của nó 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 chi phối quá trình 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 theo nồng độ mực giảm (ví dụ, nồng độ liên quan <1,28 × 10-5), cường độ ánh sáng ngoằn ngoèo tăng nhanh hơn cường độ ánh sáng thẳng và sau đó ánh sáng ngoằn ngoèo bắt đầu đóng vai trò quan trọng hơn. Ngược lại, khi hệ số hấp thụ giảm theo nồng độ mực giảm (ví dụ, nồng độ liên quan <1,28 × 10-5), cường độ ánh sáng ngoằn ngoèo tăng nhanh hơn cường độ ánh sáng thẳng và sau đó ánh sáng ngoằn ngoèo 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 bạn có thể tìm thấy nó. 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 ngoằn ngoèo tăng nhanh hơn cường độ ánh sáng trực tiếp và sau đó ánh sáng ngoằn ngoèo 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 rất nhiều thứ. 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 ngoằn ngoèo tăng nhanh hơn ánh sáng trực tiếp và khi đó ánh sáng ngoằn ngoèo bắt đầu đóng vai trò quan trọng hơn.nhân vật đóng vai.Do đó, nhờ đường dẫn quang học răng cưa (LOP » LC), AEF có thể tăng lên nhiều hơn 7,0. Có thể thu được đặc tính truyền ánh sáng chính xác của MWC bằng cách sử dụng lý thuyết chế độ ống 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 MCC nhỏ (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 tác động của nhiễu hệ thống (ví dụ như độ trôi) lên độ chính xác của chênh lệch độ hấp thụ so với dung dịch giữ lại trong cuvet. Ví dụ, như thể hiện trong hình 3(b)-(d), ΔV có thể dễ dàng phân biệt được với tín hiệu trôi do việc chuyển đổi mẫu nhanh trong mao quản thể tích nhỏ.
Như thể hiện trong Bảng 2, một loạt các dung dịch glucose ở nhiều nồng độ khác nhau đã được chuẩn bị bằng cách sử dụng DI H2O làm dung môi. Các mẫu nhuộm màu hoặc mẫu trắng được chuẩn bị bằng cách trộn dung dịch glucose hoặc nước khử ion với các dung dịch sinh màu của glucose oxidase (GOD) và peroxidase (POD) 37 theo tỷ lệ thể tích cố định lần lượt là 3:1. Trên hình 8 cho thấy ảnh quang học của chín mẫu nhuộm màu (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 mẫu 4, 9 và 10 bằng máy đo quang dựa trên MWC được thể hiện lần lượt trong Hình 9(a)-(c). Như thể hiện trong hình 9(c), ΔV đo được trở nên kém ổn định hơn và tăng chậm trong quá trình đo vì màu của chính thuốc thử GOD-POD (kể cả khi không thêm glucose) thay đổi chậm trong 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), vì khi ΔV đủ nhỏ, thì không thể bỏ qua tính không ổn định của thuốc thử GOD-POD nữa. Do đó, 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 vẫn có thể phát hiện được một ΔV nhỏ. Giới hạn phát hiện này có thể được cải thiện hơn nữa bằng cách sử dụng các thuốc thử sinh màu ổn định hơn.
(a) Kết quả đo cho 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 máy dò quang có độ lợi 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 được đo 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 quang kế dựa trên MWC, giới hạn phát hiện được cải thiện gấp 125 lần so với máy quang phổ dựa trên cuvet. Sự cải thiện này thấp hơn so với xét nghiệm mực đỏ do thuốc thử GOD-POD có độ ổn định kém. Người ta cũng quan sát thấy độ hấp thụ tăng không tuyến tính ở nồng độ thấp.
Máy đo quang dựa trên MWC đã được phát triển để phát hiện mẫu chất lỏng cực nhạy. Đường đi quang học có thể được tăng lên rất nhiều và dài hơn nhiều so với chiều dài vật lý của MWC, vì ánh sáng bị tán xạ bởi các thành bên kim loại nhẵn có nếp gấp có thể được chứa 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 khuếch đại quang học phi tuyến tính mới và 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 bên trong được đánh bóng điện hóa lớp EP, mao quản bằng thép không gỉ SUS316L), một đèn LED bước sóng 505 nm (Thorlabs M505F1) và các thấu kính (chùm tia trải rộng 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 chất lỏng vào/ra. Đầu nối chữ T được tạo ra bằng cách liên kết một tấm thạch anh trong suốt với một ống PMMA mà các ống MWC và 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 đầu vào Pike được sử dụng để chuyển đổi mẫu đầu vào. Bộ tách sóng quang có thể chuyển đổi công suất quang học P nhận được thành tín hiệu điện áp khuếch đại N×V (trong đó V/P = 1,0 V/W ở 1550 nm, độ lợi N có thể được điều chỉnh thủ công trong phạm vi 103-107). Để ngắn gọn, V được sử dụng thay vì N×V làm tín hiệu đầu ra.
Để so sánh, máy quang phổ thương mại (Agilent Technologies Cary dòng 300 với Bộ nhân quang hiệu suất cao R928) có cuvet 1,0 cm cũng được sử dụng để đo độ hấp thụ của mẫu chất lỏng.
Bề mặt bên trong của vết cắt MWC được kiểm tra bằng máy đo 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 (đạt chuẩn phân tích, không cần tinh chế thêm) đều được mua từ Công ty TNHH Công nghệ sinh học Sichuan 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 chuẩn bị theo phương pháp GOD-POD 37 thông thường.
Như thể hiện trong Bảng 2, một loạt các dung dịch glucose ở nhiều nồng độ khác nhau đã được chuẩn bị bằng cách sử dụng DI H2O làm chất pha loãng bằng phương pháp pha loãng tuần tự (xem Tài liệu bổ sung để biết chi tiết). Chuẩn bị các mẫu nhuộm màu 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 lần lượt 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 nhuộm màu 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 các dung dịch mực đỏ (Công ty TNHH Mực đà điểu, Thiên Tân, Trung Quốc) được chuẩn bị bằng phương pháp pha loãng nối tiếp sử dụng DI H2O làm dung môi.
Cách trích dẫn bài viết này: Bai, M. et al. Máy đo quang nhỏ gọn dựa trên mao quản dẫn sóng kim loại: để xác định nồng độ nanomolar của glucose. 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 chất 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 chất 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 chất 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 chất lỏng.Chuyển sang khoa học. mét. 68, 2167–2171 (1997).
Li, QP, Zhang, J. -Z., Millero, FJ & Hansell, DA Xác định liên tục lượng amoni vết trong nước biển bằng phương pháp đo màu với ống dẫn sóng lỏng đường dài. Li, QP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ & Hansell, DA Xác định liên tục lượng amoni vết trong nước biển bằng phương pháp đo màu với ống dẫn sóng lỏng đường dài.Lee, KP, Zhang, J.-Z., Millero, FJ và Hansel, DA Xác định liên tục lượng amoni vết trong nước biển bằng phương pháp đo màu sử dụng bình mao quản có ống dẫn sóng 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 chất lỏng tầm xa.Hóa học tháng 3. 96, 73–85 (2005).
Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS Đánh giá các ứng dụng gần đây của tế bào mao quản dẫn sóng lỏng trong các kỹ thuật phân tích dựa trên dòng chảy để tăng cường độ nhạy của các phương pháp phát hiện quang phổ. Páscoa, RNMJ, Tóth, IV & Rangel, AOSS Đánh giá các ứng dụng gần đây của tế bào mao quản dẫn sóng lỏng trong các kỹ thuật phân tích dựa trên dòng chảy để tăng cường độ nhạy của các phương pháp phát hiện quang phổ.Pascoa, RNMJ, Toth, IV và Rangel, AOSS Đánh giá các ứng dụng gần đây của tế bào mao quản 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 Đánh giá các ứng dụng gần đây của tế bào mao quản dẫn sóng lỏng trong các phương pháp phân tích dựa trên dòng chảy để tăng cường độ nhạy của các phương pháp phát hiện quang phổ.hậu môn. Chim. Đạo luật 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 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 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 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 ống dẫn sóng rỗng.Vật lý hồng ngoại. công nghệ 42, 501–508 (2001).
Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Xác định nồng độ nanomolar của phosphate trong nước tự nhiên bằng cách tiêm dòng chảy với một tế bào mao quản dẫn sóng lỏng có đường đi dài và phát hiện quang phổ trạng thái rắn. Gimbert, LJ, Haygarth, PM & Worsfold, PJ Xác định nồng độ nanomolar của phosphate trong nước tự nhiên bằng cách tiêm dòng chảy với một tế bào mao quản dẫn sóng lỏng có đường đi dài và phát hiện quang phổ trạng thái rắn.Gimbert, LJ, Haygarth, PM và Worsfold, PJ Xác định nồng độ phosphate nanomolar trong nước tự nhiên bằng cách tiêm dòng chảy với tế bào mao quản dẫn sóng 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 phosphate 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 phosphate nanomolar trong nước tự nhiên bằng cách sử dụng dòng phun và ống dẫn sóng mao quản với đường dẫn quang dài và phát hiện quang phổ trạng thái rắn.Taranta 71, 1624–1628 (2007).
Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Độ tuyến tính và độ dài đường quang hiệu dụng của các ô mao dẫn sóng lỏng. Belz, M., Dress, P., Sukhitskiy, A. & Liu, S. Độ tuyến tính và độ dài đường quang hiệu dụng của các ô mao dẫn sóng lỏng.Belz M., Dress P., Suhitsky A. và Liu S. Độ tuyến tính và độ dài đường dẫn quang hiệu dụng trong ống dẫn sóng lỏng trong các bình mao quản. 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. Độ dài đường dẫn quang tuyến tính và hiệu dụng trong sóng chất lỏng trong tế bào mao quản.SPIE 3856, 271–281 (1999).
Dallas, T. & Dasgupta, PK Ánh sáng cuối đường hầm: ứng dụng phân tích gần đây của ống dẫn sóng lõi lỏng. Dallas, T. & Dasgupta, PK Ánh sáng cuối đường hầm: ứng dụng phân tích gần đây của ống dẫn sóng lõi lỏng.Dallas, T. và Dasgupta, PK Ánh sáng cuối đường hầm: 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 ô phát hiện quang phản xạ toàn phần linh hoạt để phân tích dòng chảy. Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR & McKelvie, ID Một ô phát hiện quang phản xạ toàn phần linh hoạt để phân tích dòng chảy.Ellis, PS, Gentle, BS, Grace, MR và McKelvey, ID Buồng phản xạ toàn phần quang trắc phổ thông 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 Tế bào quang trắc TIR đa năng để phân tích dòng chảy.Taranta 79, 830–835 (2009).
Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID Tế bào quang phổ phản xạ đa chiều dùng trong phân tích dòng chảy của nước cửa sông. Ellis, PS, Lyddy-Meaney, AJ, Worsfold, PJ & McKelvie, ID Tế bào quang phổ phản xạ đa chiều dùng trong phân tích dòng chảy của nước cửa sông.Ellis, PS, Liddy-Minnie, AJ, Worsfold, PJ và McKelvey, ID Một tế bào dòng quang phản xạ đa năng dùng để 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 tế bào dòng quang phản xạ đa năng để phân tích dòng chảy phun vào vùng 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 phương pháp phát hiện hấp thụ của ống dẫn sóng lõi lỏng cho các mẫu có kích thước nanolit. Pan, J.-Z., Yao, B. & Fang, Q. Máy đo quang cầm tay dựa trên phương pháp phát hiện hấp thụ của ống dẫn sóng lõi lỏng cho các mẫu có kích thước nanolit.Pan, J.-Z., Yao, B. và Fang, K. Một máy đo quang cầm tay dựa trên phương pháp phát hiện hấp thụ bước sóng lõi lỏng cho các mẫu có kích thước nanolit. 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 có kích thước nano dựa trên việc phát hiện sự hấp thụ trong sóng lõi lỏng.hậu môn Hóa học. 82, 3394–3398 (2010).
Zhang, J.-Z. Tăng độ nhạy của phân tích dòng chảy tiêm bằng cách sử dụng một tế bào dòng chảy mao quản 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 quản lỏng trong quang phổ hấp thụ (Trả lời bình luận của Byrne và Kaltenbacher). D'Sa, EJ & Steward, RG Ứng dụng ống dẫn sóng mao quản lỏng trong quang phổ hấp thụ (Trả lời bình luận của Byrne và Kaltenbacher).D'Sa, EJ và Steward, RG Ứng dụng của ống dẫn sóng mao quản lỏng trong quang phổ hấp thụ (Trả lời bình luận 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 Sóng dẫn mao quản lỏng dùng cho phép quang phổ hấp thụ (đáp lại các bình luận của Byrne và Kaltenbacher).limonol. Nhà hải dương học. 46, 742–745 (2001).
Khijwania, SK & Gupta, BD Cảm biến hấp thụ trường biến thiên sợi quang: Ảnh hưởng của các thông số sợi và hình dạng của đầu dò. Khijwania, SK & Gupta, BD Cảm biến hấp thụ trường biến thiên sợi quang: Ảnh hưởng của các thông số sợi và hình dạng của đầu dò.Hijvania, SK và Gupta, BD Cảm biến hấp thụ trường biến thiên trong sợi quang: Ảnh hưởng của các thông số sợi 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 và Gupta, BDHijvania, SK và Gupta, BD Cảm biến sợi quang hấp thụ trường biến thiên: ảnh hưởng của các thông số sợi 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 ống dẫn sóng rỗng, lót kim loại. Biedrzycki, S., Buric, MP, Falk, J. & Woodruff, SD Đầu ra góc của cảm biến Raman ống dẫn sóng rỗng, lót kim loại.Bedjitsky, S., Burich, MP, Falk, J. và Woodruff, SD Đầu ra góc của cảm biến Raman 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 IR. tích hợp sợi. để lựa chọn. 19, 211–227 (2000).