CN104502293A - 一种基于手机平台的食品安全快速检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于手机平台的食品安全快速检测装置，手机中的控制模块向主体中的电源控制模块发送选灯指令，电源控制模块控制LED灯源一和LED灯源二工作，当LED灯源一或者LED灯源二工作，在比色皿没有加入纳米金反应溶液和加入纳米金反应溶液两种状态下，手机中的光强度采集模块控制CCD摄像头拍照，获取光强度，手机中的比色模块按照光强度、根据朗伯比尔定律公式获取分别对应于LED灯源一和LED灯源二的纳米金反应溶液的吸光度，按照吸光度的比值与待测物浓度的线性关系获取浓度，在手机屏幕上显示浓度。本检测装置结构简单小巧、成本低廉、携带方便和操作简单，能够进行实时实地、高精度快速检测。

Description

一种基于手机平台的食品安全快速检测装置

技术领域

本发明涉及食品安全检测领域，具体涉及一种基于手机平台的食品安全快速检测装置。

背景技术

“民以食为天，食以安为先”。随着人民生活水平的不断提高，对食品安全问题也越来越敏感。目前食品安全检测通常都采用标准仪器进行检测，使用标准仪器可以实现多个农药的多残留检测，但需要复杂昂贵的仪器设备及专业操作人员，加之样品前处理繁琐费时、检测费用高，难以满足高通量、快速、在线检测的需要。针对以上缺点，出现了一些快速检测方法,主要有试纸法、酶分析法、免疫分析法及生物化学传感器等几种类型。但是由于这几种快速测量方式具有灵敏度低、选择性差、检测原料制备困难或者成本较高等缺陷，限制了这几种快速测量方式在市场上的广泛应用。

发明内容

本发明提供了一种基于手机平台的食品安全快速检测装置，结构简单小巧、成本低廉、携带方便和操作简单，能够进行实时实地、高精度快速检测。

一种基于手机平台的食品安全快速检测装置，包括：具有CCD摄像头的手机、将所述检测装置安装于手机的CCD摄像头位置的固定件、与所述固定件连接的聚光件，且所述聚光件位于所述CCD摄像头的正上方、一个位于所述聚光件正上方的比色皿、一个位于所述比色皿正上方且出射红光的LED灯源一、一个位于所述比色皿正上方且出射绿光的LED灯源二，所述比色皿、所述LED灯源一和所述LED灯源二都安装在所述检测装置的主体内部，所述主体与所述聚光件连接，所述聚光件包括聚焦透镜，所述聚焦透镜位于所述CCD摄像头的正上方，所述聚光件调节所述聚光件中聚焦透镜与所述CCD摄像头之间的距离、让透过所述比色皿的光在透过所述聚焦透镜后聚焦在所述CCD摄像头上，所述主体包括电源控制模块，所述电源控制模块分别与所述LED灯源一和所述LED灯源二电路连接，所述手机包括控制模块、光强度采集模块、比色模块和浓度显示模块；

所述控制模块向所述电源控制模块发送选灯指令，所述电源控制模块按照所述选灯指令控制所述LED灯源一和所述LED灯源二工作，当所述LED灯源一或者所述LED灯源二工作，在所述比色皿没有加入纳米金反应溶液和加入纳米金反应溶液两种状态下，所述控制模块向所述光强度采集模块发送采集指令，所述光强度采集模块按照所述采集指令控制所述手机的CCD摄像头拍照，获取照片的像素，按照所述像素获取光强度，向所述比色模块发送所述光强度，所述比色模块按照获取的所述光强度、根据朗伯比尔定律公式获取分别对应于所述LED灯源一和所述LED灯源二的所述纳米金反应溶液的吸光度，得到所述吸光度的比值，按照比值与待测物浓度的线性关系获取待测物的浓度，所述浓度显示模块接收所述比色模块发送的所述浓度，在手机屏幕上显示所述浓度。

在本发明中，固定件将检测装置安装于手机的CCD摄像头位置，LED灯源一和LED灯源二的出射光可以透过比色皿和聚光件聚焦在CCD摄像头上，手机中的控制模块向主体中的电源控制模块发送选灯指令，电源控制模块按照选灯指令控制主体中的LED灯源一和LED灯源二工作，当LED灯源一或者LED灯源二工作，在比色皿没有加入纳米金反应溶液和加入纳米金反应溶液两种状态下，手机中的光强度采集模块控制手机的CCD摄像头拍照，按照照片中的像素获取光强度，手机中的比色模块按照光强度、根据朗伯比尔定律公式获取分别对应于LED灯源一和LED灯源二的纳米金反应溶液的吸光度，得到吸光度的比值，按照比值与待测物浓度的线性关系获取待测物的浓度，手机中的浓度显示模块接收比色模块发送的浓度，在手机屏幕上显示浓度。由此可见，本检测装置结构简单小巧、成本低廉、携带方便和操作简单，能够进行实时实地、高精度快速检测。

附图说明

图1是本发明实施例中的一种基于手机平台的食品安全快速检测装置的结构图；

图2是本发明实施例中的一种基于手机平台的食品安全快速检测装置的检测流程图。

具体实施方式

在纳米金比色法中，核酸适配体是利用SELEX体系筛选出来的一类可以和靶分子特异性结合的RNA或DNA单链的寡聚核苷酸。核酸适配体能通过静电吸附作用吸附到纳米金粒子表面，起到保护纳米金粒子的作用，可以使纳米金溶液在加入高浓度的NaCl溶液后继续保持稳定，在波长520nm有一个特征吸收峰。当再在溶液中加入与核酸适配体能特异性结合的靶分子时，且将加入核酸适配体、待测物、纳米金溶液和NaCl溶液的溶液称之为纳米金反应溶液，由于核酸适配体与靶分子的特异性结合作用大于它与纳米金粒子的吸附作用，核酸适配体从纳米金粒子表面脱离，在高浓度的NaCl溶液环境下，纳米金粒子间的静电斥力被破坏，使得纳米金粒子发生聚集，发生聚集的纳米金溶液在波长625nm有一个新的特征吸收峰。随着靶分子浓度的增大，纳米金反应溶液在625nm处的吸收峰不断增强，而在520nm处的吸收峰不断降低，也就是说，纳米金反应溶液中靶分子的浓度越大，纳米金颗粒聚集程度就越高，其在625nm处和520nm处的吸光度的比值也就越大。

需要说明的是，对于本发明，靶分子即为本文中的待测物，也就是食品安全检测相关的生物或化学标志物。

发明人发现，在LED灯中，红色LED灯发射的红光的波长为620.5-625.5nm，绿色LED灯发射的绿光的波长为518.5-523.5nm，和前述的两个特征吸收峰对应的波长吻合，也就是说，可以利用红色LED灯和绿色LED灯作为纳米金比色法检测的光源来测定纳米金反应溶液在波长625nm处和520nm处的吸光度。而纳米金反应溶液中待测物的浓度越大，纳米金颗粒聚集程度就越高，其在625nm处和520nm处的吸光度的比值也就越大，具体为：在一定的浓度范围内，625nm的纳米金反应溶液吸光度A₆₂₅与520 nm的纳米金反应溶液吸光度A₅₂₀的比值A₆₂₅/A₅₂₀随着待测物浓度的增大而线性增大。

基于上述原理，本发明实施例提供一种基于手机平台的食品安全快速检测装置，以下进行详细说明。

参见图1，基于手机平台的食品安全快速检测装置（以下简称为检测装置）包括具有CCD摄像头的手机1、将检测装置安装于手机1的CCD摄像头位置的固定件2、与固定件2连接的聚光件3，且聚光件3位于CCD摄像头的正上方、一个位于聚光件3正上方的比色皿4、一个位于比色皿4正上方且出射红光的LED灯源一5、一个位于比色皿4正上方且出射绿光的LED灯源二6，比色皿4、LED灯源一5和LED灯源二6都安装在检测装置的主体7内部。

主体7与聚光件3连接，聚光件3包括聚焦透镜，聚焦透镜位于CCD摄像头的正上方，聚光件3调节聚光件3中聚焦透镜与CCD摄像头之间的距离、让透过比色皿4的光在透过聚焦透镜后聚焦在CCD摄像头上。

由于LED光源在平面上的光强呈高斯分布，各点光强分布不均，为了能够让LED灯源一5和LED灯源二6出射的光光强均匀分布的射入比色皿4，在图1中，可选的，检测装置还包括柔光镜8，所述柔光镜8位于比色皿4的正上方，柔光镜8安装在检测装置的主体7内部，且位于LED灯源一5和LED灯源二6的正下方，LED灯源一5和LED灯源二6出射的光透过柔光镜8，能够实现光强均匀分布的射入比色皿4。

进一步的，柔光镜8可以是圆磨砂玻璃，圆磨砂玻璃胶接在主体7内部，其中圆磨砂玻璃的厚度为2mm，直径为12mm。

进一步的，柔光镜8包括透镜连接筒、透镜固定环以及圆磨砂玻璃。其中通过透镜连接筒将圆磨砂玻璃放置于LED光源一5和LED光源二6的正下方以及比色皿4的正上方，使用透镜固定环将圆磨砂玻璃固定。

可选的，聚光件3的具体结构可以为：聚光件3还包括旋进导轨，聚焦透镜胶接旋进导轨；旋进导轨调节聚焦透镜与CCD摄像头之间的距离、让透过比色皿4的光在透过聚焦透镜后聚焦在CCD摄像头上。

可选的，聚光件3的具体结构还可以为：聚光件3下端设有外螺纹，固定件2上端设有内螺纹，聚光件3与固定件2之间通过螺纹连接调节相对位置，进而调节聚光件3中聚焦透镜与CCD摄像头之间的距离、让透过比色皿4的光在透过聚焦透镜后聚焦在CCD摄像头上。

进一步的，聚焦透镜为平凸透镜，平凸透镜可以胶接在聚光件内部，其中平凸透镜厚度为1mm，直径为12mm，焦距为28mm。

可选的，检测装置的主体7还包括灯盖9，LED灯源一5和LED灯源二6固定安装于灯盖9。

可选的，为了便于清洗比色皿4，在主体7内部包括一个容置部，比色皿4卡合在主体7的容置部中，能够灵活取出或放入。

主体7包括电源控制模块，电源控制模块分别与LED灯源一5和LED灯源二6电路连接，手机1包括控制模块、光强度采集模块、比色模块和浓度显示模块。

控制模块向电源控制模块发送选灯指令，电源控制模块按照选灯指令控制LED灯源一5和LED灯源二6工作，当LED灯源一5或者LED灯源二6工作，在比色皿4没有加入纳米金反应溶液和加入纳米金反应溶液两种状态下，换而言之，即：当LED灯源一5工作，在比色皿4没有加入纳米金反应溶液和加入纳米金反应溶液两种状态下，以及当LED灯源二6工作，在比色皿4没有加入纳米金反应溶液和加入纳米金反应溶液两种状态下，控制模块向光强度采集模块发送采集指令，光强度采集模块按照采集指令控制手机1的CCD摄像头拍照，获取照片的像素，按照像素获取光强度，向比色模块发送光强度，比色模块按照获取的光强度、根据朗伯比尔定律公式：A=lg I₀/ I₁获取分别对应于LED灯源一和LED灯源二的纳米金反应溶液的吸光度 A₆₂₅和A₅₂₀，得到吸光度的比值，比值=A₆₂₅/A₅₂₀，由于在一定的浓度范围内，625nm的纳米金反应溶液吸光度A₆₂₅与520 nm的纳米金反应溶液吸光度A₅₂₀的比值A₆₂₅/A₅₂₀随着待测物浓度的增大而线性增大，按照比值与待测物浓度的线性关系获取待测物的浓度，浓度显示模块接收比色模块发送的待测物的浓度，在手机屏幕上显示浓度。

可选的，为了能够达到警示用户的目的，手机1还包括报警模块，报警模块接收比色模块发送的待测物的浓度，当浓度超过预置值时，报警模块报警。

可选的，为了能实现食品安全监测社会化的目的，手机1还可以包括网络模块，网络模块接收比色模块发送的待测物的浓度，将浓度发布在网络上。

在本发明实施例中，固定件2将检测装置安装于手机1的CCD摄像头位置，LED灯源一和LED灯源二的出射光可以透过比色皿和聚光件聚焦在CCD摄像头上，手机1中的控制模块向主体7中的电源控制模块发送选灯指令，电源控制模块按照选灯指令控制主体7中的LED灯源一5和LED灯源二6工作，当LED灯源一5或者LED灯源二6工作，在比色皿4没有加入纳米金反应溶液和加入纳米金反应溶液两种状态下，手机1中的光强度采集模块控制手机的CCD摄像头拍照，按照照片中的像素获取光强度，手机1中的比色模块按照光强度、根据朗伯比尔定律公式获取分别对应于LED灯源一和LED灯源二的纳米金反应溶液的吸光度，得到吸光度的比值，按照比值与浓度的线性关系获取待测物的浓度，手机1中的浓度显示模块接收比色模块发送的浓度，在手机屏幕上显示浓度。由此可见，本检测装置结构简单小巧、成本低廉、携带方便和操作简单，能够进行实时实地、高精度快速检测。

参见图2，下面以待测物为四环素为例，具体描述上述检测装置的检测过程。

首先制作纳米金反应溶液的过程为：先加入10 μL 10 μM 的四环素核酸适配体溶液和含有待测物四环素的样品，反应5分钟后加入200 μL纳米金溶液，继续反应5分钟后，加入75 μL 0.25M NaCl溶液。

201.主体中的电源控制模块按照手机中的控制模块发送的选灯指令控制LED灯源一工作；

手机中的控制模块向电源控制模块发送选灯指令，电源控制模块按照选灯指令控制LED灯源一工作，也就是说出射光为红光。

202.手机中的光强度采集模块按照手机中控制模块发送的采集指令控制CCD摄像头拍照，获取照片的像素，按照像素获取光强度；

在比色皿没有加入纳米金反应溶液的状态下，LED光源一出射的光经检测装置中的柔光镜后，透过没有加入纳米金反应溶液的比色皿，再经聚光件聚焦后到达手机的CCD摄像头。

手机中的控制模块向手机中的光强度采集模块发送采集指令，光强度采集模块按照采集指令控制手机的CCD摄像头拍照，获取照片的像素，按照像素获取光强度I₀，向手机中的比色模块发送光强度I₀。

然后，在比色皿加入纳米金反应溶液的状态下，手机中的控制模块再次向手机中的光强度采集模块发送采集指令，光强度采集模块按照采集指令控制手机的CCD摄像头拍照，获取照片的像素，按照像素获取光强度I₁，向手机中的比色模块发送光强度I₁。

203.主体中的电源控制模块按照手机中的控制模块发送的选灯指令控制LED灯源二工作；

步骤203可以参照步骤201，此时出射光为绿光。

204.步骤204与步骤202相同，光强度采集模块获取到绿光状态下的光强度I₀和光强度I₁，发送给比色模块；

205.手机中的比色模块按照获取的光强度、根据朗伯比尔定律公式获取分别对应于LED灯源一和LED灯源二的纳米金反应溶液的吸光度，得到吸光度的比值，按照比值与四环素浓度的线性关系获取四环素的浓度；

手机中的比色模块按照获取的光强度I₀和I₁、根据朗伯比尔定律公式：A=lg I₀/ I₁，分别得到纳米金反应溶液对应于LED灯源一的吸光度A₆₂₅和纳米金反应溶液对应于LED灯源二的吸光度A₅₂₀，获得纳米金反应溶液在625nm和520nm处的吸光度的比值A₆₂₅/A₅₂₀，按照比值与浓度的线性关系得到待测物四环素的浓度。

比值与浓度的线性关系指的是：比值随着浓度的增大而线性增大，具体可以通过在比色模块中预置比值与浓度的线性关系的标准曲线换算得出。

206. 浓度显示模块接收比色模块发送的浓度，在手机屏幕上显示浓度，由网络模块发布于网络。

手机中的浓度显示模块接收比色模块发送的待测物四环素的浓度，在手机屏幕上显示浓度，由手机中的网络模块发布与网络。

以上对本发明实施例所提供的一种基于手机平台的食品安全快速检测装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，例如，纳米金反应溶液在625 nm和520 nm处的吸光度的比值也可以为A₅₂₀/A₆₂₅，此时比值与浓度的线性关系为：比值随着浓度的增大而线性减少；又例如，本发明检测特异性的来源于核酸适配体的特异性，通过更换核酸适配体序列，即可建立用于其他食品安全检测相关生物化学靶标物的特异性检测。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种基于手机平台的食品安全快速检测装置，其特征在于：

所述检测装置包括具有CCD摄像头的手机、将所述检测装置安装于手机的CCD摄像头位置的固定件、与所述固定件连接的聚光件，且所述聚光件位于所述CCD摄像头的正上方、一个位于所述聚光件正上方的比色皿、一个位于所述比色皿正上方且出射红光的LED灯源一、一个位于所述比色皿正上方且出射绿光的LED灯源二，所述比色皿、所述LED灯源一和所述LED灯源二都安装在所述检测装置的主体内部，所述主体与所述聚光件连接，所述聚光件包括聚焦透镜，所述聚焦透镜位于所述CCD摄像头的正上方，所述聚光件调节所述聚光件中聚焦透镜与所述CCD摄像头之间的距离、让透过所述比色皿的光在透过所述聚焦透镜后聚焦在所述CCD摄像头上，所述主体包括电源控制模块，所述电源控制模块分别与所述LED灯源一和所述LED灯源二电路连接，所述手机包括控制模块、光强度采集模块、比色模块和浓度显示模块；

所述控制模块向所述电源控制模块发送选灯指令，所述电源控制模块按照所述选灯指令控制所述LED灯源一和所述LED灯源二工作，当所述LED灯源一或者所述LED灯源二工作，在所述比色皿没有加入纳米金反应溶液和加入纳米金反应溶液两种状态下，所述控制模块向所述光强度采集模块发送采集指令，所述光强度采集模块按照所述采集指令控制所述手机的CCD摄像头拍照，获取照片的像素，按照所述像素获取光强度，向所述比色模块发送所述光强度，所述比色模块按照获取的所述光强度、根据朗伯比尔定律公式获取分别对应于所述LED灯源一和所述LED灯源二的所述纳米金反应溶液的吸光度，得到所述吸光度的比值，按照比值与待测物浓度的线性关系获取待测物的浓度，所述浓度显示模块接收所述比色模块发送的所述浓度，在手机屏幕上显示所述浓度。

2.如权利要求1所述的食品安全快速检测装置，其特征在于：所述检测装置还包括柔光镜，所述柔光镜位于所述比色皿的正上方，所述柔光镜安装在所述检测装置的主体内部，且位于所述LED灯源一和所述LED灯源二的正下方，所述LED灯源一和所述LED灯源二出射的光透过所述柔光镜、光强均匀分布的射入所述比色皿。

3.如权利要求1或2所述的食品安全快速检测装置，其特征在于：所述聚光件还包括旋进导轨，所述聚焦透镜胶接所述旋进导轨；所述旋进导轨调节所述聚焦透镜与所述CCD摄像头之间的距离、让透过所述比色皿的光在透过所述聚焦透镜后聚焦在所述CCD摄像头上。

4.如权利要求1或2所述的食品安全快速检测装置，其特征在于：所述聚光件下端设有外螺纹，所述固定件上端设有内螺纹，所述聚光件与所述固定件之间通过螺纹连接调节相对位置，进而调节所述聚光件中聚焦透镜与所述CCD摄像头之间的距离、让透过所述比色皿的光在透过所述聚焦透镜后聚焦在所述CCD摄像头上。

5.如权利要求2所述的食品安全快速检测装置，其特征在于：所述柔光镜为圆磨砂玻璃，所述圆磨砂玻璃胶接在所述主体内部。

6.如权利要求3所述的食品安全快速检测装置，其特征在于：所述聚焦透镜为平凸透镜。

7.如权利要求6所述的食品安全快速检测装置，其特征在于：所述手机还包括报警模块，所述报警模块接收所述比色模块发送的所述浓度，当所述浓度超过预置值时，所述报警模块报警。

8.如权利要求7所述的食品安全快速检测装置，其特征在于：所述手机还包括网络模块，所述网络模块接收所述比色模块发送的所述浓度，将所述浓度发布在网络上。

9.如权利要求8所述的食品安全快速检测装置，其特征在于：所述检测装置的主体还包括灯盖，所述LED灯源一和所述LED灯源二固定安装于所述灯盖。