基于智能手机二维码式样的生物快速检测方法与流程

本发明涉及一种生物快速检测方法，具体地说是利用Java语言编写了一种集自动编码、解码、检测于一体的软件，利用3D打印机打印的检测反应器皿，基于比色法的分子识别，根据检测要求，设置生成实验所需的二维条形码，可实现任何生物显色反应，将反应结束后的结果用设计好的手机App扫描，得出检测结果，进而是实现对样品的定量检测的显色反应。

背景技术：

在经济全球化、信息网络化、生产国际化日新月异的21世纪，高新技术不仅是构成综合国力的关键要素，而且已渗透于国民经济发展的各个领域，作为信息技术重要组成部分的二维条码这一高新技术，是在一维条码无法满足现代信息产业技术发展需求的前提下产生的。它解决了一直困扰人们的用条码对“物品”进行描述的问题，使条码真正地成为信息存储和识别的有效工具。二维条码相对于一维条码具有信息容量大，可靠性高，可表示图像、汉字等多种文字信息，保密防伪性强等优点。二维条码的主要特征是二维条码在水平和垂直两个方向均表示数据信息。根据其生成原理和结构形状，可将其分为行排式二维条码和矩阵式二维条码。行排式二维条码是在一维条码的基础上，通过两行或多行高度截短后的一维条码的堆积，在增加行识别、错误纠正等特性的基础上来实现信息表示。矩阵式二维条码在结构形状上具有矩阵的特征。它以计算机图像处理技术为基础，在矩阵相应元素的位置上，用方点、圆点等的出现表示二进制的“1”，点的不出现表示二进制的“0”，通过点的不同排列组合表示数据信息。Jiang等人（Y. Zhang, L. B. Qiao, Y. K. Ren, X. W. Wang, M. Gao, Y. F. Tang, J. Z. J. Xi, T-Y Fu and X. Y. Jiang, Biomicrofludics, 2013, 7, 034110, Two dimensional barcode-inspired automatic analysis for arrayed microfluidic immunoassays）受二维条码中Data Matrix和QR Code具有自动定位功能的激发，设计了二维结构的微通道，该微通道的设计是由不对称的红色条带包围以确定检测区域，然后用手持的扫描装置对反应后的结果进行扫描，最后利用电脑软件对结果进行分析，实现高通量检测，达到定量检测的目的。该方法操作快速简便，只是利用了二维码自动定位功能的概念，并没有融入编码规则，不是真正意义上的二维码。同时，该课题组（Y. Zhang, J. Sun, Y. Zou, W. W. Chen, W. Zhang, J. Z. J. Xi, and X. Y. Jiang, Anal. Chem. 2015, 87, 900-906, Barcode Microchips for Biomolecular Assays）利用一维条形码的结构以及其编码规则，根据实验要求将条形码的每一个“条”与“空”设计成微通道，完成了人体HIV病毒的检测，并且该微通道可用于同时检测多种病原体，最后用手持扫描仪扫描反应后的结果，进而确定样品的性质。 该方法具有耗剂少，通道设计新颖，检测通量高等优点。

公开号为CN 103272656 A公开了一种“条形码微流控芯片及用途”，该发明涉及一种微流控芯片，其微流控芯片包括芯片单元，所述芯片单元包括样品反应通道，在所述样品反应通道中发生样品的显色反应与不发生样品的显色反应时，所形成的反应后的条形码图案都可以被条码识读装置识读为不同的字符，从而确定样品的性质。

为了达到一种更便民的检测体系，以及智能手机的日益普及不仅给人们带来了巨大的便利，同时也吸引了众多国内外研究人员的广泛关注。由于智能手机强大的图像处理功能和开放的应用程序开发环境，很多研究人员都将其应用于生物检测中。随着条形码的普及，很多研究人员通过研究观察，发现了条形码的结构特征，并利用这一结构特征做为生物检测通道。如 Li等人（J. Guo, J. X. H. Wong, C. E. Cui, X. C. Li and H-Z. Yu, A smartphone-readable barcode assay for the detection and quantitation of pesticide residues, Analyst, 2015, 140, 5518-5525）利用条形码中39码“+”、“-”结构的特殊性，将设计好的PDMS通道与打印的同色的39码“+”组成“生物条形码”，使得该生物条形码可以被手机APP读取，达到一个定性检测的目的。进而为了实现更进一步的检测，Yu等人(J. X. H. Wong, X. C. Li, F. S. F. Liu and H-Z. Yu, Direct Reading of Bona Fide Barcode Assays for Diagnostics with Smartphone Apps, Scientific Reports 2015, 5, 11727) 利用手机App，结合条形码中39码“+”、“-”结构的特殊性所组成的“生物条形码”实现了hCG的定量检测。该方法不仅不需要昂贵的仪器，而且适用于现场的快速诊断。

因此，本发明结合二维条形码的编码规则，3D打印机打印的模块设计成检测反应器皿，利用智能手机检测程序，自编一种可以集编码、解码、检测于一体的手机App，实现生化反应快速检测目的。

技术实现要素：

本发明要解决的具体技术问题是现有生化反应检测方法通常都需要昂贵的专业仪器；而基于智能手机检测系统，以二维码样式作为检测通道并且融入编码规则的生化反应检测方法目前未被提出。本发明的目的将3D打印机打印的模块作为检测反应器皿，利用其可以自由拆卸、组装的特点，结合智能手机检测程序实现对生化反应的快速、便携的检测方法，即建立一种基于智能手机二维码式样的生物快速检测方法。

本发明将二维码的编码规则部分融入到芯片的设计之中，并编写了集编码、解码、检测于一体的手机App。

本发明所采取的措施是基于智能手机二维码式样的生物快速检测方法，所述方法是利用3D打印机打印的模块作为检测反应器皿，利用其可任意拆卸、组装的特点，结合自己编写的手机App程序，自动生成所需要的二维码图案，根据生成的图案进行组装、拼接，制成反应所需的检测反应器皿，然后通过手机解码程序，对显色反应后的结果进行扫描，根据扫描后的字符与空白图案进行对比，确定样品的性质，截取反应后的图片，对图片进行分析，达到定量检测的目的。

本发明设计的检测反应器皿包括发生样品显色反应和不发生样品显色反应两种情况，所述反应后生成的图案足以被手机App读取结果。

本发明中提到的检测反应器皿中加入样品发生显色反应后的颜色反差率要足够大。

其所述速测的具体方法如下。

基于智能手机二维码式样的生物快速检测方法， 所述快速检测方法是按下列步骤进行的：

用于生物反应检测器皿的制备；

用于在所述检测反应器皿中加入所要检测的试剂，用于实现样品定量检测的显色反应；

用于生物反应检测的智能手机检测程序，显示检测结果；

所述检测反应器皿是由3DMax软件设计，以光敏树脂为材料通过3D打印机打印的检测反应器皿；

所述检测反应器皿是根据实验要求自由拆卸、组装的。

进一步地，所述快速检测方法是按下列步骤进行的：

（1）用于生物检测反应器皿的制备，是由若干个大小相同的模块构成，每个模块外长是8mm、宽是8mm、高是3mm，内长是7mm，宽是7mm，高是1㎜，自由移动、拼装构成一个二维码样式的检测图案；

2）用于在所述生物检测反应器皿中加入所要检测的试剂，实现样品定量检测的显色反应，是在所述生物检测反应器皿中置有样品，样品反应器皿中发生样品的显色反应与不发生样品的显色反应两种状态下，样品反应通道的颜色分别能够被手机识读装置读出相应的数据结果，通过与对照结果相比，根据所得结果进而确定样品的性质，截取反应后的图片信息，对获得的图片进行分析，显示检测结果；

（3）所述用于生物反应检测的智能手机检测程序，显示检测结果，是由Java语言编写并运行在Android手机平台上。

进一步地，附加技术特征如下。

所述检测反应器皿中的样品反应是相同样品反应或不同样品反应，同一检测反应器皿内的样品反应检测试剂为相同反应检测试剂或不同反应检测试剂。

所述样品检测反应器皿是相同样品检测反应器皿或不同样品检测反应器皿，同一样品反应检测器皿中的样品反应是相同样品反应或不同样品反应。

所述模块是由一组结构构成，包括位置探测区、位置探测分隔区、定位区、校正区、版本信息区、格式信息区以及数据区。

所述二维码的模块是检测反应器皿区域，其余模块是检测非反应器皿区域。

所述检测反应器皿区域是在数据区发生反应，在数据区未发生反应是非检测反应器皿区域。

所述二维码的检测反应器皿数量是根据实验检测要求而确定检测反应器皿的数量。

所述模块是由每个单元根据检测需求由颜色不同的小模块构成。

所述速检测方法是使样品在检测样品反应器皿中足以发生显色反应的条件下，利用手机识读App对通道进行识读，根据识读的字符确定样品的性质，用手机App截取反应后得图片，对图片进行分析，实现快速定量检测。

实现上述基于智能手机二维码式样的生物快速检测方法，所述速测方法是制备生化反应检测器皿，其检测反应器皿是由大小相同的，任意拆卸、组装的模块拼接而成； 在器皿中加入检测试剂，发生显色反应，利用手机摄像头对反应后的结果进行扫描，通过智能手机检测程序处理并显示显色反应后的显色结果。本发明基于智能手机实现生化反应的快速检测，具有携带方便，操作简便，成本低廉，快速等优点，适用于现场快速检测。

与现有技术相比，本速测方法集中体现在如下几点：

（1） 可根据检测的需求，确定二维条形码的生成，进而确定检测器皿的数量。

（2） 检测反应器皿可根据实验要求任意拆卸、组装。

（3）试剂用量少，大大降低了检测成本。

（4）利用智能手机检测程序识读显色反应后的显色结果，真正实现一步快速检测，大大缩短了检测时间。

（5）整个检测过程仅需要一部智能手机即可，即用自编的手机App任意生成实验所需的二维条形码图形，结合3D打印机打印的模块根据所生成的二维码图形拼接组装，在数据区的确定的地方加入实验要求的样品，发生显色反应，再利用手机App对显色反应后的结果进行扫描，与上述拼装的原始二维码图案进行对比，检测样品性质，截取反应后的图片信息，对所述获得的图片进行分析，显示检测结果。上述技术要求普及范围广。

附图说明

图1 是本发明中用3D打印机打印的检测反应器皿俯视图。

图2是本发明中用3D打印机打印的检测反应器皿仰视图。

图3 是以03为例，利用手机编码程序生成的二维码图案。

图4 是利用3D打印机打印的模块拼装后的二维码图案。

图5 是本发明设计的智能手机检测程序运行界面。

图6 是本发明智能手机解码界面。

图7 是本发明智能手机解码结果。

图8 是本发明预览界面。

图9 是本发明结果分析界面。

具体实施方式

下面以检测果蔬中甲基对硫磷为例，以二维码生成的03图案为例作为对照，对本发明的具体实施方式做出进一步的详细说明。

实施本发明上述所提供的一种智能手机二维码生物快速检测方法，该快速检测方法的具体步骤如下：

（1）利用Encode输入03字符，生成二维码样式的图案。

（2）微通道的制备：利用3D激光打印机，以光明树脂为材料，通过打磨，制成外长为8mm，宽为8㎜，高为3mm，样品反应区长为7mm，宽为7㎜，高为1mm，底厚为1mm的正方形检测反应器皿拼接成实验所需的二维码图案，制成生物反应器皿。

（3）甲基对硫磷标准曲线制作：配置510mL的PBS缓冲液（pH=8）,取1mL浓度为100µg/mL的甲基对硫磷标准液用超纯水（缓冲液）稀释至10µg/mL，置于容量瓶于4℃的冰箱中避光保存，备用。以10µg/mL的甲基对硫磷标准液作为母液溶于PBS缓冲液中，配置成浓度分别为0、0.5、2、4、6µg/mL的甲基对硫磷溶液200µL置于棕色离心管中，分别加入10µL显色剂和10µL酶液混合摇匀，置于37℃的恒温箱中培育30min。加入10µL底物于上述离心管中，计时，混合摇匀。各一式三份。分别一次取49µL的配置的上述不同浓度的甲基对硫磷溶液加入步骤1所述的微通道中，10min后扫描并分析结果。

（4）果蔬中甲基对硫磷的检测：以检测苹果中的甲基对硫磷为例。将从当地超市中买回的苹果削皮。称取5g苹果表皮溶于10mL的磷酸盐缓冲液中，快速摇匀5min，提取上述溶液，于离心机内离心3min，去200μL上清液作为农残待检液加入离心管待检测。

（5）智能手机检测程序读取过程：在手机屏幕上点击图标进入主界面，主界面包括四个按钮，分别为New Test、Decode、Encode、Quit。点击Decode按钮进入手机解码程序，显示显色反应后的结果，点击返回按钮进入主界面。点击New Test按钮进入手机相机预览界面，此时预览界面上会显示出一个预先设定好屏幕截取正方形对准框，将显色后的反应条带对准正方形条框后，点击Capture按钮，程序会自动截取正方形框内的图片并计算RGB中的B值保存到手机中，然后点击Analyses按钮，程序会自动计算出框内的B值，并根据甲基对硫磷标准液的浓度及对应的B值比拟合出校准方程，结合此校准方程与待检液对应的B值计算出待测样品中甲基对硫磷样品中的浓度值，最后将检测结果直接显示到界面上。