Die Spurenanalyse flüssiger Proben hat ein breites Anwendungsspektrum in den Biowissenschaften und der Umweltüberwachung.In dieser Arbeit haben wir ein kompaktes und kostengünstiges Photometer auf Basis von Metallwellenleiterkapillaren (MCCs) zur ultraempfindlichen Absorptionsbestimmung entwickelt.Der optische Weg kann erheblich vergrößert werden und ist viel länger als die physische Länge des MWC, da das von den gewellten, glatten Metallseitenwänden gestreute Licht unabhängig vom Einfallswinkel in der Kapillare gehalten werden kann.Aufgrund der neuen nichtlinearen optischen Verstärkung und des schnellen Probenwechsels und der Glukoseerkennung können mit gängigen chromogenen Reagenzien Konzentrationen von nur 5,12 nM erreicht werden.
Aufgrund der Fülle verfügbarer chromogener Reagenzien und optoelektronischer Halbleitergeräte1,2,3,4,5 wird die Photometrie häufig zur Spurenanalyse flüssiger Proben eingesetzt.Im Vergleich zur herkömmlichen Absorptionsbestimmung auf Küvettenbasis reflektieren (LWC)-Kapillaren (Flüssigkeitswellenleiter) (TIR), indem sie das Sondenlicht in der Kapillare halten1,2,3,4,5.Ohne weitere Verbesserung erreicht der optische Weg jedoch nur annähernd die physikalische Länge von LWC3,6, und eine Vergrößerung der LWC-Länge über 1,0 m hinaus führt zu einer starken Lichtdämpfung und einem hohen Risiko von Blasen usw.3, 7. Mit Rücksicht Mit der vorgeschlagenen Multireflexionszelle zur Verbesserung des optischen Pfades wird die Nachweisgrenze nur um den Faktor 2,5–8,9 verbessert.
Derzeit gibt es zwei Haupttypen von LWC, nämlich Teflon AF-Kapillaren (mit einem Brechungsindex von nur ~1,3, was niedriger als der von Wasser ist) und Silica-Kapillaren, die mit Teflon AF oder Metallfilmen beschichtet sind1,3,4.Um TIR an der Grenzfläche zwischen dielektrischen Materialien zu erreichen, sind Materialien mit einem niedrigen Brechungsindex und hohen Lichteinfallswinkeln erforderlich3,6,10.Im Vergleich zu Teflon AF-Kapillaren ist Teflon AF aufgrund seiner porösen Struktur atmungsaktiv3,11 und kann geringe Mengen an Substanzen in Wasserproben absorbieren.Bei Quarzkapillaren, die außen mit Teflon AF oder Metall beschichtet sind, ist der Brechungsindex von Quarz (1,45) höher als der der meisten flüssigen Proben (z. B. 1,33 für Wasser)3,6,12,13.Für Kapillaren, die innen mit einem Metallfilm beschichtet sind, wurden Transporteigenschaften untersucht14,15,16,17,18, aber der Beschichtungsprozess ist kompliziert, die Oberfläche des Metallfilms weist eine raue und poröse Struktur auf4,19.
Darüber hinaus haben kommerzielle LWCs (AF Teflon Coated Capillaries und AF Teflon Coated Silica Capillaries, World Precision Instruments, Inc.) einige weitere Nachteile, wie zum Beispiel: für Fehler..Das große Totvolumen des TIR3,10, (2) T-Steckers (zum Verbinden von Kapillaren, Fasern und Einlass-/Auslassschläuchen) kann Luftblasen einschließen10.
Gleichzeitig ist die Bestimmung des Glukosespiegels von großer Bedeutung für die Diagnose von Diabetes, Leberzirrhose und psychischen Erkrankungen20.und viele Nachweismethoden wie Photometrie (einschließlich Spektrophotometrie 21, 22, 23, 24, 25 und Kolorimetrie auf Papier 26, 27, 28), Galvanometrie 29, 30, 31, Fluorometrie 32, 33, 34, 35, optische Polarimetrie 36, Oberflächenplasmonresonanz.37, Fabry-Perot-Kavität 38, Elektrochemie 39 und Kapillarelektrophorese 40,41 und so weiter.Die meisten dieser Methoden erfordern jedoch teure Geräte und der Nachweis von Glucose bei mehreren nanomolaren Konzentrationen bleibt eine Herausforderung (z. B. für photometrische Messungen21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28 die niedrigste Glucosekonzentration).Die Begrenzung betrug nur 30 nM, wenn Berliner Blau-Nanopartikel als Peroxidase-Nachahmer verwendet wurden.Nanomolare Glukoseanalysen sind häufig für zelluläre Studien auf molekularer Ebene erforderlich, beispielsweise zur Hemmung des menschlichen Prostatakrebswachstums42 und zum CO2-Fixierungsverhalten von Prochlorococcus im Ozean.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 26. November 2022