CN107356737A - 一种活性检测二维码的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种活性检测二维码的制作方法，属于生物化学检测领域。目的是为了提供一种方法简单、负载信息、检测结果准确有效的活性检测二维码的制作方法。编辑内容信息，并使用计算机二维码生成器制作二维码；配制功能性墨水；使用配制好的功能性墨水和待测溶液在检测基底上生成二维码；待反应完全、显色稳定后，用设备扫描显示出的二维码获取检测信息。该方法步骤简单，制作的活性检测二维码通过功能性墨水与检测溶液的显色反应显示出来且被设备识别获取相关的信息，而且能够完全在纸基上进行，可广泛应用于生物、化学等检测领域。

Description

一种活性检测二维码的制作方法

技术领域

本发明涉及一种活性检测二维码的制作方法，主要通过功能性墨水与检测溶液的显色反应显示出二维码且可以被设备识别获取相关的信息，属于生物化学检测领域。

背景技术

在生物化学检测领域，比色法广泛应用于酶、金属离子、蛋白、核酸、抗体、DNA、病原体、葡萄糖、尿酸、亚硝酸根离子以及其他各种疾病标记物的检测，但在实际的操作中，大多数检测结果只是以显色块的形式展现，要获得相关的检测信息还需要附加的说明书等，有些检测虽然以字母、符号、文本或者其他图案的形式呈现检测结果，但是负载的内容极少，不能提供给用户更多的信息。

为了解决这一问题，研究人员提出将生物化学检测与条形码结合起来的概念。2015年，蒋兴宇课题组将一维条码编码规则融入到微流控芯片的设计中，将条形码的每一个“条”与“空”设计成可同时检测多种病原体的微通道，其检测结果可以通过手机条形码读取装置识读，实现了人类免疫缺陷病毒(HIV)的检测(Zhang Y,Sun J,Zou Y,etal.Barcoded Microchips for Biomolecular Assays.Anal.Chem,2015,87(2):900-906.)。

公开号为CN 103272656 A公开了一种“条形码微流控芯片及用途”，该发明设计的微流控芯片上芯片单元包括样品反应通道，所述样品反应通道上发生显色反应后所形成的条形码图案可以被条形码识别装置读取，从去获取样品的性质等信息。

另外，Li等人利用Code39的“+”码与“-”码结构的特殊性，通过设计PDMS通道作为检测区域与打印的同色39码“+”组成智能手机可读“生物条形码”，并基于手机图像分析软件检测甲基对硫磷的检测结果的分析与讨论，达到了定性检测的目的(Guo J,Wong J X,Cui C,et al.A smartphone-readable barcode assay for the detection andquantitation of pesticide residues.Analyst,2015,140(16):5518-5525.)。为了实现更进一步的检测，Yu等人利用手机APP，结合条形码中的39码“+”、“-”结构的特殊性组成了“生物条形码”实现了hGG的定量检测。

以上研究均使用一维条形码与检测进行结合，但在现代信息产业技术的高速发展下，一维条形码已经无法满足应用的需求，此时，作为高新技术的二维码应运而生，由于二维码相对于一维条形码具有信息容量大、可靠性高、可同时表示图像汉字等多种信息以及保密防伪性强等突出特点而迅速应用于各个领域。例如在生物化学检测领域，Jiang等人受到二维码中Data Matrix和QR Code具有定位功能的激发，设计了由不对称红色条带包围以确定检测区的可被扫描装置识别的二维结构的微流道，实现了高通量检测，达到了定量检测的目的(Zhang Y,Qiao L,Ren Y,et al.Two dimensional barcode-inspiredautomatic analysis for arrayed microfluidic immunoassays.Biomicrofluidics,2013,7(3):34110-34110.)。但是，该方法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。

公开号为CN 106645116 A公开了一种“基于智能手机二维码样式的生物快速检测方法”，该方法利用3D打印技术制备了检测反应容器，可自由组装成所需的二维码图案，通过添加检测试剂发生显色反应显示出智能手机可读的二维码，适用于各种生物的快速检测。

但以上研究，例如达到手机可以扫描的条形码检测方法，多采用简单的一维码，其携带信息量少，保密性不强，且不具有活性。而基于二维码的检测工作也有的只是利用了二维码的部分概念，并不是实际意义上的二维码；对于利用3D打印技术制备检测反应容器组装二维码图案通过显色反应显示智能手机可读二维码的方法，需要借助3D设备以及相应的软件进行制作；另外，对于图案比较复杂的二维码的制作，则三维反应器皿的的数量和大小有一定的要求，数量的增加不但延长了3D打印的时间，而且给拼装带来麻烦，单个反应器皿的具体位置不容易确定，可能造成二维码信息的错误甚至导致不能读取，因此降低了实际操作的实用性。

发明内容

为了弥补一维码信息携带量少，保密性差，而传统二维码不具有活性等问题，本发明提供了一种方法简单、负载信息、检测结果准确有效的活性检测二维码的制作方法。通过编辑内容信息，并使用计算机二维码生成器制作二维码；配制功能性墨水；使用配制好的功能性墨水和待测溶液在检测基底上生成二维码；待反应完全、显色稳定后，用设备扫描显示出的二维码获取检测信息。该方法步骤简单，制作的活性检测二维码通过功能性墨水与检测溶液的显色反应显示出来且被设备识别获取相关的信息，而且能够完全在纸基上进行，可广泛应用于生物、化学等检测领域。

本发明所采取的技术方案是：一种活性检测二维码的制作方法，包括以下步骤：

(1)编辑内容信息，并使用二维码生成器制作二维码；

(2)配制功能性墨水；

(3)使用配制好的功能性墨水和待测溶液在检测基底上印制二维码；

(4)待反应完全、显色稳定后，用设备扫描显示出的二维码获取检测信息。

本发明专利提供的方法工艺中，步骤(1)中所述内容信息可以为检测内容的名称、检测原理、定性半定量或定量分析结果、所用检测试剂、试剂浓度配比、试剂信息、使用说明、显色和浓度对比图、网站链接、生产及过期日期以及用户信息等一切相关内容中的一项或几项。

本发明专利提供的方法工艺中，步骤(2)中所述功能性墨水是指各种酶的显色底物，金属离子的显色反应剂，以及可以和蛋白、核酸、抗体、DNA、病原体、葡萄糖、尿酸、体液中的离子或其他各种疾病标记物等检测物发生显色反应的试剂溶液中的一种或几种。

本发明专利提供的方法工艺中，步骤(3)使用配制好的功能性墨水和待测溶液在检测基底上印制二维码的方式有两种，分别为：

a:先使用功能性墨水将二维码图案复制在检测基底上，且需保证此时的二维码图案不能被设备识别，再添加待测溶液与之发生显色反应；

b:先使用待测溶液将检测基底进行预处理，再使用功能性墨水将二维码图案复制到经过预处理的检测基底上发生显色反应。

本发明专利提供的方法工艺中，步骤(4)中所述将二维码图案复制在检测基底上的方法可以为喷墨打印、激光打印、印章、胶印、柔版印刷、丝网印刷、凹版印刷、手绘及绘图仪等；

本发明专利提供的方法工艺中，步骤(3)中所述的检测基底可以为滤纸、打印纸、铜版纸、吸水纸、色谱纸、硝基纤维素膜、聚酯纤维素膜、玻璃纤维膜、布类以及PVDF、PVC等聚合物膜等材料，或者经化学或生物修饰的上述材料。

本发明专利提供的方法工艺中，步骤(2)中所述功能性墨水可以为无色、有色。所述步骤(3)中生成的二维码必须为有色，但颜色可以为深色或浅色，且可以被设备识别。所述情况包括：

a:当所述功能性墨水为无色或复制出的二维码为不能被设备识别的浅色，且功能性墨水与待测溶液反应生成可被设备识别的有色二维码时，可使用所述步骤(4)中的任一种方式执行；

b:当所述功能性墨水为复制出的二维码能被设备识别的深色时，则按以下方式执行：

一、使用步骤(4)中的a方法，但需要使用与功能性墨水一样或相近颜色的材料作为检测基底；

二、直接使用步骤(4)中的b方法；

c:当功能性墨水与检测溶液反应生成的二维码为不能被设备识别的浅色时，应先在功能性墨水中加入与显色互补且不干扰检测的颜料或染色剂等物质。

本发明具有以下优点：

1、该方法赋予二维码以活性，除了具有传统二维码的诸多优点外，活性二维码本身参与反应，通过改变所用的试剂，实现不同种类的检测，而且可大规模用于流行病学等的检测研究。

2、活性二维码既可以发生显色或变色反应，又实现了检测内容的名称、检测原理、定性半定量或定量分析结果、所用检测试剂、试剂浓度配比、试剂信息、使用说明、显色和浓度对比图、网站链接以及用户信息等一切相关内容的存储，突破了传统检测试纸只具有颜色变化的局限。

3、使用活性二维码进行检测，从表面只能看到颜色反应，无法获取内部信息，保证了信息的保密性和有效性。如果进一步对二维码进行数字水印等加密处理，设置秘钥可以达到对信息的进一步保护。

4、本发明对于检测剂的颜色例如有色、浅色或深色，以及显色反应结果的颜色均能以相应的实施方式实现二维码的可读，提高了本发明的实用性。

5、活性二维码检测方法可以完全在纸基上进行，成本低，更环保，检测结果的显示一目了然，方便快捷，无需专用的检测仪器和特定的检测人员即可完成定性、半定量以及定量分析。

6、检测过程中如果使用喷墨打印的方法添加试剂代替传统的液体滴加方式，检测结果形成的二维码显色图案尺寸容易控制，信息完整，而且减缓甚至避免了咖啡环效应的产生，使结果显色更均匀，检测结果更准确。

附图说明

图1为ALP浓度与灰度值对比图和特征曲线图。

图2为将ALP检测信息图片和说明通过在线二维码生成器生成的二维码。

图3为喷洒了未知浓度的ALP溶液，完全反应且显色稳定后的二维码。

图4为用智能手机扫描检测ALP试验显示的二维码后获取得信息。

图5为葡萄糖浓度与灰度值对比图和特征曲线图。

图6为将葡萄糖检测信息图片和说明通过在线二维码生成器生成的二维码。

图7为打印了未知浓度的葡萄糖溶液，完全反应且显色稳定后的二维码。

图8为用智能手机扫描检测葡萄糖试验显示的二维码后获取得信息。

图9为使用手绘方式将检测底物溶液以二维码的形式转移到硝基纤维素膜上，然后喷洒未知浓度的ALP溶液完全反应且显色稳定后的二维码。

图10为用智能手机扫描检测ALP试验显示的二维码后获取得信息。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，技术工艺步骤，具体实施方式和材料，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

配制试剂溶液：配制浓度为0.1mol/L，PH为9.5的Tris-Hcl缓冲液，用缓冲液配制1mg/ml的ALP溶液，然后分别稀释成0.75mg/ml、0.5mg/ml、0.25mg/ml、0.1mg/ml、0.05mg/ml的ALP溶液，用缓冲液配制浓度为50mg/ml的BCIP溶液，用缓冲液配制浓度为50mg/ml的NBT溶液，将配好的BCIP/NBT溶液均取66μl加入到10ml的Tris-Hcl缓冲液中配成检测底物溶液。

实施例2

编辑二维码信息内容：分别在滤纸上添加检测底物溶液和不同浓度的ALP溶液，待完全反应且显色稳定后，用扫描仪采取颜色信息，并用ImageJ量取灰度值，在Excel中绘制特征曲线并拟合特征方程。将浓度与灰度值对比图和特征曲线图编辑成图片保存，如图1；然后编辑检测内容信息，将图片和信息通过在线二维码生成器编辑信息并生成二维码，如图2。

实施例3

将检测基底进行预处理：用浓度为0.75％的牛血清蛋白溶液浸泡滤纸，然后将完全浸湿的滤纸在37℃的鼓风烘箱中进行干燥；将生成的二维码使用印章机制作成印章，利用印章蘸取检测底物溶液，将二维码转印到浸泡过牛血清蛋白溶液且干燥后的滤纸上。

实施例4

添加待测溶液：喷洒未知浓度的ALP溶液，等待完全反应且显色稳定，如图3，用智能手机进行扫描获取信息，如图4，对照扫描获取的信息分析检测结果。

实施例5

配制试剂溶液：配制浓度为0.1mol/L，PH为6的PBS缓冲液，用缓冲液配制GOx含量为120U/ml、HRP含量为300U/ml、KI浓度为0.6mol/L的检测底物溶液；用缓冲液配制浓度为30mmol/L的葡萄糖溶液，然后用缓冲液分别稀释成25mmol/L、20mmol/L、15mmol/L、10mmol/L、5mmol/L的葡萄糖溶液。

实施例6

编辑二维码信息内容：分别在滤纸上添加检测底物溶液和不同浓度的葡萄糖溶液，待完全反应且显色稳定后，用扫描仪采取颜色信息，并用ImageJ量取灰度值，在Excel中绘制特征曲线并拟合特征方程。将浓度与灰度值对比图和特征曲线图编辑成图片保存，如图5；然后编辑检测内容信息，将图片和信息通过在线二维码生成器编辑信息并生成二维码，如图6。

实施例7

将检测基底进行预处理：将滤纸浸泡在待测溶液中，完全浸湿后放置在37℃的鼓风烘箱中进行干燥，备用。

实施例8

添加待测溶液：利用喷墨打印机将检测底物溶液二维码的形式打印在进过处理的滤纸上，等待完全反应且显色稳定，如图7，用智能手机进行扫描获取信息，如图8，对照扫描获取的信息分析检测结果。

实施例9

编辑内容：ALP超标，将该内容使用在线二维码生成器生成二维码，配制浓度为0.1mol/L，PH为9.5的Tris-Hcl缓冲液，用缓冲液配制BCIP/NBT浓度分别为4mmol/L和0.8mmol/L、Mgcl₂浓度为6mmol/L、Nacl₂浓度为0.1mol/L的溶液，将配好的溶液注入钢笔中，然后将生成的二维码按比例描绘在硝基纤维素膜上；然后用缓冲液配制未知浓度的ALP溶液，将ALP溶液喷洒在绘制有二维码的硝基纤维素膜上，等待反应完全且显色稳定，如图9，用手机扫描显示出的二维码，获取检测信息,如图10。

Claims (7)

1.一种活性检测二维码的制作方法，具体包括如下步骤：

(1)编辑内容信息，并使用二维码生成器制作二维码；

(2)配制功能性墨水；

(3)使用配制好的功能性墨水和待测溶液在检测基底上印制二维码；

(4)待反应完全、显色稳定后，用设备扫描显示出的二维码获取检测信息。

2.根据权利要求1一种活性检测二维码的制作方法，其特征在于：步骤(1)中所述内容信息可以为检测内容的名称、检测原理、定性半定量或定量分析结果、所用检测试剂、试剂浓度配比、试剂信息、使用说明、显色和浓度对比图、网站链接、生产及过期日期以及用户信息等一切相关内容中的一项或几项。

3.根据权利要求1一种活性检测二维码的制作方法，其特征在于：步骤(2)中所述功能性墨水是指各种酶的显色底物，金属离子的显色反应剂，以及可以和蛋白、核酸、抗体、DNA、病原体、葡萄糖、尿酸、体液中的离子或其他各种疾病标记物等检测物发生显色反应的试剂溶液中的一种或几种。

4.根据权利要求1一种活性检测二维码的制作方法，其特征在于：步骤(3)使用配制好的功能性墨水和待测溶液在检测基底上印制二维码的方式有两种，分别为：

a:先使用功能性墨水将二维码图案复制在检测基底上，且需保证此时的二维码图案不能被设备识别，再添加待测溶液与之发生显色反应；

b:先使用待测溶液将检测基底进行预处理，再使用功能性墨水将二维码图案复制到经过预处理的检测基底上发生显色反应。

5.根据权利要求1一种活性检测二维码的制作方法，其特征在于：步骤(4)中所述将二维码图案复制在检测基底上的方法可以为喷墨打印、激光打印、印章、胶印、柔版印刷、丝网印刷、凹版印刷、手绘及绘图仪等。

6.根据权利要求1一种活性检测二维码的制作方法，其特征在于：步骤(3)中所述的检测基底可以为滤纸、打印纸、铜版纸、吸水纸、色谱纸、硝基纤维素膜、聚酯纤维素膜、玻璃纤维膜、布类以及PVDF、PVC等聚合物膜等材料，或者经化学或生物修饰的上述材料。

7.根据权利要求1一种活性检测二维码的制作方法，其特征在于：步骤(2)中所述功能性墨水可以为无色、有色，所述步骤(3)中生成的二维码必须为有色，但颜色可以为深色或浅色，且可以被设备识别，所述情况包括：

a:当所述功能性墨水为无色或复制出的二维码为不能被设备识别的浅色，且功能性墨水与待测溶液反应生成可被设备识别的有色二维码时，可使用所述步骤(4)中的任一种方式执行；

b:当所述功能性墨水为复制出的二维码能被设备识别的深色时，则按以下方式执行：

一、使用步骤(4)中的a方法，但需要使用与功能性墨水一样或相近颜色的材料作为检测基底；

二、直接使用步骤(4)中的b方法；

c:当功能性墨水与检测溶液反应生成的二维码为不能被设备识别的浅色时，应先在功能性墨水中加入与显色互补且不干扰检测的颜料或染色剂等物质。