基于智能手机二维码式样的数字化比色检测法的研究

摘要

随着科学技术的发展，智能手机由于其强大的数据处理功能、图像采集装置以及开放的应用平台等优势，受到人们的广泛青睐；二维码等条形码技术具有强大的信息采集与处理功能，将智能手机与条形码技术结合，开发新型的生化检测技术成为当前的研究热点之一。
　　本文以智能手机为检测工具，结合二维码技术和显色反应原理开发了一种可用于比色分析的分子检测通用平台技术。由于传统二维码中纠错码较为复杂，不利于研究，我们编写了一个手机应用程序（App），删除了传统二维码中的纠错码，生成了用于生化检测的二维条形码，并利用该App对其进行解码分析；利用3D打印技术，打印所需二维阵列，分别以微流控纸芯片和3D打印的乐高（LEGO）模板为样品检测通道，将显色反应后的检测样品加入到通道中，形成“生物条形码”；当不含有待测物或者待测物浓度较低时，会导致条形码的解码结果发生改变，即阴性结果；当待测物浓度较高时，解码结果显示为阳性，然后利用手机App对其进行进一步的定量分析。
　　过量的亚硝酸盐对人体具有极大的危害作用，本文以亚硝酸盐检测为例，将本检测方法分别与Photoshop软件和分光光度法进行对比，发现其检测结果与本检测方法相吻合，表明本方法是可行的。本论文的具体研究内容如下：
　　1、利用LEGO可以自由拼接、组装的特点，结合3D打印技术打印同等大小的模块作为检测通道并与LEGO模块进行拼接组装，生成二维码样式的检测图案。
　　2、利用自编的手机App生成用于检测的二维码图案，并将其打印在滤纸上，剪切纸基上二维码的反应通道，将显色反应后的样品加入到该通道中，待其干燥后，将该反应通道重新粘贴回二维码被剪掉的区域，形成实验所需的生物条形码，最后利用编写的手机App的扫码、解码功能实现水样中亚硝酸盐的快速定性检测。
　　3、开发了一款用于定量比色分析法的智能手机检测系统，可用于阳性结果样品的进一步定量分析。系统根据二维码解码的结果，对检测通道区显色反应信息进行提取，通过已知的标准品浓度及对应的R、G、B值拟合出校准方程，并利用待测样品对应的R、G、B值与校准方程计算得出的样品的浓度值，并将此结果直接显示到手机界面上。
　　4、利用智能手机检测系统实现了以亚硝酸盐为例的检测，检测范围为0-10 mg/L。同时我们将此手机App分别与传统的Photoshop软件和分光光度法进行对比，其结果呈现良好的一致性，从而验证了本方法的可行性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1微流控纸芯片的研究

1.2.2基于智能手机比色法定量检测

1.2.3二维条形码技术介绍

1.3本文研究内容

第二章 二维码式样的检测通道的制备

2.1 实验试剂与设备

2.2 实验试剂的配置

2.3实验过程

2.3.1 基于LEGO模块的实验通道的组装

2.3.2 基于滤纸的实验通道的制备

2.4本章小结

第三章智能手机检测系统的设计与实现

3.1 智能手机检测程序

3.1.1Android应用程序开发环境的搭建

3.1.2智能手机Bio-Detection检测软件功能的设计

3.1.3 图像分析过程

3.1.4 智能手机Bio-Detection检测软件的实现

3.2本章小结

第四章 基于智能手机系统的Bio-detection

4.1 显色反应原理

4.2 实验部分

4.2.1手机编码、解码软件可靠性研究

4.2.2比色分析颜色指标的选择

4.2.3利用手机App实现自来水中亚硝酸盐的检测

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文