本發(fā)明涉及一種生物快速檢測方法，具體地說是利用Java語言編寫了一種集自動編碼、解碼、檢測于一體的軟件，利用3D打印機打印的檢測反應器皿，基于比色法的分子識別，根據(jù)檢測要求，設置生成實驗所需的二維條形碼，可實現(xiàn)任何生物顯色反應，將反應結束后的結果用設計好的手機App掃描，得出檢測結果，進而是實現(xiàn)對樣品的定量檢測的顯色反應。

背景技術：

在經濟全球化、信息網(wǎng)絡化、生產國際化日新月異的21世紀，高新技術不僅是構成綜合國力的關鍵要素，而且已滲透于國民經濟發(fā)展的各個領域，作為信息技術重要組成部分的二維條碼這一高新技術，是在一維條碼無法滿足現(xiàn)代信息產業(yè)技術發(fā)展需求的前提下產生的。它解決了一直困擾人們的用條碼對“物品”進行描述的問題，使條碼真正地成為信息存儲和識別的有效工具。二維條碼相對于一維條碼具有信息容量大，可靠性高，可表示圖像、漢字等多種文字信息，保密防偽性強等優(yōu)點。二維條碼的主要特征是二維條碼在水平和垂直兩個方向均表示數(shù)據(jù)信息。根據(jù)其生成原理和結構形狀，可將其分為行排式二維條碼和矩陣式二維條碼。行排式二維條碼是在一維條碼的基礎上，通過兩行或多行高度截短后的一維條碼的堆積，在增加行識別、錯誤糾正等特性的基礎上來實現(xiàn)信息表示。矩陣式二維條碼在結構形狀上具有矩陣的特征。它以計算機圖像處理技術為基礎，在矩陣相應元素的位置上，用方點、圓點等的出現(xiàn)表示二進制的“1”，點的不出現(xiàn)表示二進制的“0”，通過點的不同排列組合表示數(shù)據(jù)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）受二維條碼中Data Matrix和QR Code具有自動定位功能的激發(fā)，設計了二維結構的微通道，該微通道的設計是由不對稱的紅色條帶包圍以確定檢測區(qū)域，然后用手持的掃描裝置對反應后的結果進行掃描，最后利用電腦軟件對結果進行分析，實現(xiàn)高通量檢測，達到定量檢測的目的。該方法操作快速簡便，只是利用了二維碼自動定位功能的概念，并沒有融入編碼規(guī)則，不是真正意義上的二維碼。同時，該課題組（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）利用一維條形碼的結構以及其編碼規(guī)則，根據(jù)實驗要求將條形碼的每一個“條”與“空”設計成微通道，完成了人體HIV病毒的檢測，并且該微通道可用于同時檢測多種病原體，最后用手持掃描儀掃描反應后的結果，進而確定樣品的性質。 該方法具有耗劑少，通道設計新穎，檢測通量高等優(yōu)點。

公開號為CN 103272656 A公開了一種“條形碼微流控芯片及用途”，該發(fā)明涉及一種微流控芯片，其微流控芯片包括芯片單元，所述芯片單元包括樣品反應通道，在所述樣品反應通道中發(fā)生樣品的顯色反應與不發(fā)生樣品的顯色反應時，所形成的反應后的條形碼圖案都可以被條碼識讀裝置識讀為不同的字符，從而確定樣品的性質。

為了達到一種更便民的檢測體系，以及智能手機的日益普及不僅給人們帶來了巨大的便利，同時也吸引了眾多國內外研究人員的廣泛關注。由于智能手機強大的圖像處理功能和開放的應用程序開發(fā)環(huán)境，很多研究人員都將其應用于生物檢測中。隨著條形碼的普及，很多研究人員通過研究觀察，發(fā)現(xiàn)了條形碼的結構特征，并利用這一結構特征做為生物檢測通道。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）利用條形碼中39碼“+”、“-”結構的特殊性，將設計好的PDMS通道與打印的同色的39碼“+”組成“生物條形碼”，使得該生物條形碼可以被手機APP讀取，達到一個定性檢測的目的。進而為了實現(xiàn)更進一步的檢測，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) 利用手機App，結合條形碼中39碼“+”、“-”結構的特殊性所組成的“生物條形碼”實現(xiàn)了hCG的定量檢測。該方法不僅不需要昂貴的儀器，而且適用于現(xiàn)場的快速診斷。

因此，本發(fā)明結合二維條形碼的編碼規(guī)則，3D打印機打印的模塊設計成檢測反應器皿，利用智能手機檢測程序，自編一種可以集編碼、解碼、檢測于一體的手機App，實現(xiàn)生化反應快速檢測目的。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的具體技術問題是現(xiàn)有生化反應檢測方法通常都需要昂貴的專業(yè)儀器；而基于智能手機檢測系統(tǒng)，以二維碼樣式作為檢測通道并且融入編碼規(guī)則的生化反應檢測方法目前未被提出。本發(fā)明的目的將3D打印機打印的模塊作為檢測反應器皿，利用其可以自由拆卸、組裝的特點，結合智能手機檢測程序實現(xiàn)對生化反應的快速、便攜的檢測方法，即建立一種基于智能手機二維碼式樣的生物快速檢測方法。

本發(fā)明將二維碼的編碼規(guī)則部分融入到芯片的設計之中，并編寫了集編碼、解碼、檢測于一體的手機App。

本發(fā)明所采取的措施是基于智能手機二維碼式樣的生物快速檢測方法，所述方法是利用3D打印機打印的模塊作為檢測反應器皿，利用其可任意拆卸、組裝的特點，結合自己編寫的手機App程序，自動生成所需要的二維碼圖案，根據(jù)生成的圖案進行組裝、拼接，制成反應所需的檢測反應器皿，然后通過手機解碼程序，對顯色反應后的結果進行掃描，根據(jù)掃描后的字符與空白圖案進行對比，確定樣品的性質，截取反應后的圖片，對圖片進行分析，達到定量檢測的目的。

本發(fā)明設計的檢測反應器皿包括發(fā)生樣品顯色反應和不發(fā)生樣品顯色反應兩種情況，所述反應后生成的圖案足以被手機App讀取結果。

本發(fā)明中提到的檢測反應器皿中加入樣品發(fā)生顯色反應后的顏色反差率要足夠大。

其所述速測的具體方法如下。

基于智能手機二維碼式樣的生物快速檢測方法， 所述快速檢測方法是按下列步驟進行的：

用于生物反應檢測器皿的制備；

用于在所述檢測反應器皿中加入所要檢測的試劑，用于實現(xiàn)樣品定量檢測的顯色反應；

用于生物反應檢測的智能手機檢測程序，顯示檢測結果；

所述檢測反應器皿是由3DMax軟件設計，以光敏樹脂為材料通過3D打印機打印的檢測反應器皿；

所述檢測反應器皿是根據(jù)實驗要求自由拆卸、組裝的。

進一步地，所述快速檢測方法是按下列步驟進行的：

（1）用于生物檢測反應器皿的制備，是由若干個大小相同的模塊構成，每個模塊外長是8mm、寬是8mm、高是3mm，內長是7mm，寬是7mm，高是1㎜，自由移動、拼裝構成一個二維碼樣式的檢測圖案；

2）用于在所述生物檢測反應器皿中加入所要檢測的試劑，實現(xiàn)樣品定量檢測的顯色反應，是在所述生物檢測反應器皿中置有樣品，樣品反應器皿中發(fā)生樣品的顯色反應與不發(fā)生樣品的顯色反應兩種狀態(tài)下，樣品反應通道的顏色分別能夠被手機識讀裝置讀出相應的數(shù)據(jù)結果，通過與對照結果相比，根據(jù)所得結果進而確定樣品的性質，截取反應后的圖片信息，對獲得的圖片進行分析，顯示檢測結果；

（3）所述用于生物反應檢測的智能手機檢測程序，顯示檢測結果，是由Java語言編寫并運行在Android手機平臺上。

進一步地，附加技術特征如下。

所述檢測反應器皿中的樣品反應是相同樣品反應或不同樣品反應，同一檢測反應器皿內的樣品反應檢測試劑為相同反應檢測試劑或不同反應檢測試劑。

所述樣品檢測反應器皿是相同樣品檢測反應器皿或不同樣品檢測反應器皿，同一樣品反應檢測器皿中的樣品反應是相同樣品反應或不同樣品反應。

所述模塊是由一組結構構成，包括位置探測區(qū)、位置探測分隔區(qū)、定位區(qū)、校正區(qū)、版本信息區(qū)、格式信息區(qū)以及數(shù)據(jù)區(qū)。

所述二維碼的模塊是檢測反應器皿區(qū)域，其余模塊是檢測非反應器皿區(qū)域。

所述檢測反應器皿區(qū)域是在數(shù)據(jù)區(qū)發(fā)生反應，在數(shù)據(jù)區(qū)未發(fā)生反應是非檢測反應器皿區(qū)域。

所述二維碼的檢測反應器皿數(shù)量是根據(jù)實驗檢測要求而確定檢測反應器皿的數(shù)量。

所述模塊是由每個單元根據(jù)檢測需求由顏色不同的小模塊構成。

所述速檢測方法是使樣品在檢測樣品反應器皿中足以發(fā)生顯色反應的條件下，利用手機識讀App對通道進行識讀，根據(jù)識讀的字符確定樣品的性質，用手機App截取反應后得圖片，對圖片進行分析，實現(xiàn)快速定量檢測。

實現(xiàn)上述基于智能手機二維碼式樣的生物快速檢測方法，所述速測方法是制備生化反應檢測器皿，其檢測反應器皿是由大小相同的，任意拆卸、組裝的模塊拼接而成； 在器皿中加入檢測試劑，發(fā)生顯色反應，利用手機攝像頭對反應后的結果進行掃描，通過智能手機檢測程序處理并顯示顯色反應后的顯色結果。本發(fā)明基于智能手機實現(xiàn)生化反應的快速檢測，具有攜帶方便，操作簡便，成本低廉，快速等優(yōu)點，適用于現(xiàn)場快速檢測。

與現(xiàn)有技術相比，本速測方法集中體現(xiàn)在如下幾點：

（1） 可根據(jù)檢測的需求，確定二維條形碼的生成，進而確定檢測器皿的數(shù)量。

（2） 檢測反應器皿可根據(jù)實驗要求任意拆卸、組裝。

（3）試劑用量少，大大降低了檢測成本。

（4）利用智能手機檢測程序識讀顯色反應后的顯色結果，真正實現(xiàn)一步快速檢測，大大縮短了檢測時間。

（5）整個檢測過程僅需要一部智能手機即可，即用自編的手機App任意生成實驗所需的二維條形碼圖形，結合3D打印機打印的模塊根據(jù)所生成的二維碼圖形拼接組裝，在數(shù)據(jù)區(qū)的確定的地方加入實驗要求的樣品，發(fā)生顯色反應，再利用手機App對顯色反應后的結果進行掃描，與上述拼裝的原始二維碼圖案進行對比，檢測樣品性質，截取反應后的圖片信息，對所述獲得的圖片進行分析，顯示檢測結果。上述技術要求普及范圍廣。

附圖說明

圖1 是本發(fā)明中用3D打印機打印的檢測反應器皿俯視圖。

圖2是本發(fā)明中用3D打印機打印的檢測反應器皿仰視圖。

圖3 是以03為例，利用手機編碼程序生成的二維碼圖案。

圖4 是利用3D打印機打印的模塊拼裝后的二維碼圖案。

圖5 是本發(fā)明設計的智能手機檢測程序運行界面。

圖6 是本發(fā)明智能手機解碼界面。

圖7 是本發(fā)明智能手機解碼結果。

圖8 是本發(fā)明預覽界面。

圖9 是本發(fā)明結果分析界面。

具體實施方式

下面以檢測果蔬中甲基對硫磷為例，以二維碼生成的03圖案為例作為對照，對本發(fā)明的具體實施方式做出進一步的詳細說明。

實施本發(fā)明上述所提供的一種智能手機二維碼生物快速檢測方法，該快速檢測方法的具體步驟如下：

（1）利用Encode輸入03字符，生成二維碼樣式的圖案。

（2）微通道的制備：利用3D激光打印機，以光明樹脂為材料，通過打磨，制成外長為8mm，寬為8㎜，高為3mm，樣品反應區(qū)長為7mm，寬為7㎜，高為1mm，底厚為1mm的正方形檢測反應器皿拼接成實驗所需的二維碼圖案，制成生物反應器皿。

（3）甲基對硫磷標準曲線制作：配置510mL的PBS緩沖液（pH=8）,取1mL濃度為100μg/mL的甲基對硫磷標準液用超純水（緩沖液）稀釋至10μg/mL，置于容量瓶于4℃的冰箱中避光保存，備用。以10μg/mL的甲基對硫磷標準液作為母液溶于PBS緩沖液中，配置成濃度分別為0、0.5、2、4、6μg/mL的甲基對硫磷溶液200μL置于棕色離心管中，分別加入10μL顯色劑和10μL酶液混合搖勻，置于37℃的恒溫箱中培育30min。加入10μL底物于上述離心管中，計時，混合搖勻。各一式三份。分別一次取49μL的配置的上述不同濃度的甲基對硫磷溶液加入步驟1所述的微通道中，10min后掃描并分析結果。

（4）果蔬中甲基對硫磷的檢測：以檢測蘋果中的甲基對硫磷為例。將從當?shù)爻兄匈I回的蘋果削皮。稱取5g蘋果表皮溶于10mL的磷酸鹽緩沖液中，快速搖勻5min，提取上述溶液，于離心機內離心3min，去200μL上清液作為農殘待檢液加入離心管待檢測。

（5）智能手機檢測程序讀取過程：在手機屏幕上點擊圖標進入主界面，主界面包括四個按鈕，分別為New Test、Decode、Encode、Quit。點擊Decode按鈕進入手機解碼程序，顯示顯色反應后的結果，點擊返回按鈕進入主界面。點擊New Test按鈕進入手機相機預覽界面，此時預覽界面上會顯示出一個預先設定好屏幕截取正方形對準框，將顯色后的反應條帶對準正方形條框后，點擊Capture按鈕，程序會自動截取正方形框內的圖片并計算RGB中的B值保存到手機中，然后點擊Analyses按鈕，程序會自動計算出框內的B值，并根據(jù)甲基對硫磷標準液的濃度及對應的B值比擬合出校準方程，結合此校準方程與待檢液對應的B值計算出待測樣品中甲基對硫磷樣品中的濃度值，最后將檢測結果直接顯示到界面上。