CN108629604A - 基于西洋参dna的防伪溯源系统及防伪溯源方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于西洋参鉴定防伪领域，具体涉及一种西洋参DNA快速鉴定物联网防伪溯源系统及防伪溯源方法。包括云端、DNA芯片、鉴定装置、追溯标签、DNA检索终端、追溯检索终端西洋参DNA物联网防伪系统采用的DNA芯片和追溯标签，具备生物检测实验能力的可以通过DNA芯片进行快速检测，并通过DNA大数据分析鉴别真假，进行防伪。不具备生物检测实验能力的可以通过追溯标签进行追溯，查看西洋参生产、加工、储存、交易、物流、终端和检测的信息，云端可分析是否存在异常并将分析结果发给查询者。通过大数据使追溯标签查询到的数据随着时间和空间而变化，即便复制出相同的追溯标签，异常的查询情况也会被系统发现。实现有效地控制了造假者的复制，形成更好地防伪手段。

Description

基于西洋参DNA的防伪溯源系统及防伪溯源方法

技术领域

本发明属于西洋参鉴定防伪领域，具体涉及一种西洋参DNA快速鉴定物联网防伪溯源系统及防伪溯源方法。

背景技术

西洋参为五加科植物，味苦，性凉，入心、肺、肾经，功能以补益为主，有滋阴降火，益气生津等功效。用于气虚阴亏，内热，咳喘痰血，虚热烦倦，消渴，口燥咽干。西洋参中的皂甙可以有效增强中枢神经，达到静心凝神、消除疲劳、增强记忆力等作用，可适用于失眠、烦躁、记忆力衰退及老年痴呆等症状。西洋参作为补气保健首选药材，可以促进血清蛋白合成、骨髓蛋白合成、器官蛋白合成等，提高机体免疫力，抑制癌细胞生长，有效抵抗癌症。西洋参的功效还在于可以调节血压，可有效降低暂时性和持久性血压，有助于高血压、心律失常、冠心病、急性心肌梗塞、脑血栓等疾病的恢复。

传统的防伪主要是使用防伪标、防伪卡片、防伪包装等物理方式，依靠鉴定者的直接观察、触摸、号码查询等主观方式。因此，只要产品一旦出厂，造假者就可意所欲为地加以仿造，始终摆脱不了被仿冒的命运。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种西洋参DNA快速鉴定物联网防伪溯源系统及防伪溯源方法。

本发明所采取的技术方案如下：一种西洋参DNA快速鉴定物联网防伪溯源系统，包括云端、DNA芯片、鉴定装置、追溯标签、DNA检索终端、追溯检索终端；

所述云端包括储存模块、分析模块、云端信息接收模块、云端信息输出模块，所述储存模块储存有西洋参DNA数据库以及西洋参生产、加工、储存、交易、物流、终端和检测的信息，所述云端信息接收模块通过网络接收DNA检索终端和追溯检索终端的数据并将数据传输至分析模块，所述分析模块分析所述信息接收模块接收的数据、从储存模块接收相关数据、对比分析DNA数据、将DNA分析结果数据以及分析西洋参生产、加工、储存、交易、物流、终端和检测的信息并将数据和分析结果传输至信息输出模块，所述云端信息输出模块将信息传输至DNA检索终端、追溯检索终端；

所述DNA芯片，包括固相支撑物、基因探针；

每个所述追溯标签包含对应且唯一的ID信息，所述ID信息、西洋参生产、加工、储存、交易、物流、终端和检测的信息形成对应的ID数据包储存在云端上的储存模块；

DNA检索终端，包括DNA数据上传模块、DNA数据接收模块，所述DNA数据上传模块将DNA芯片检测数据传输至云端，所述DNA数据接收模块接收云端DNA分析结果，DNA检索终端可以为手机、电脑；

追溯检索终端包括追溯标签信息读取模块、追溯检索数据上传模块、追溯检索数据接收模块，所述追溯标签信息读取模块读取标签信息并将标签信息传输至追溯检索数据上传模块，所述追溯检索数据上传模块将标签信息及DNA检测结果传输至云端，所述追溯检索数据接收模块接收西洋参生产、加工、储存、交易、物流、终端和检测的信息。

所述西洋参DNA数据库通过以下方式建立：

(1)将正品西洋参样品进行批量提取；

(2)将提取后的西洋参DNA样品与DNA芯片进行杂交反应；

(3)将杂交反应结果录入数据库中；

(4)将多种不用品牌、不同规格、不同产地、不同批次的西洋参样品依次通过步骤(1)、(2)、(3)进行检测，形成西洋参DNA数据库。

步骤(1)中，西洋参样品通过CTAB法提取，具体过程如下：在离心管中加入4mlCTAB提取液及80ul巯基乙醇，在65±5℃水浴锅中预热，取西洋参样品，液氮研磨成粉末，转入预热后的离心管中，封口，在65±5℃水浴锅中保温30±10分钟，取出离心管，快速降温至室温，加入4ml氯仿-异戊醇混合溶液，混匀，形成混合乳液；10000r/min离心15min，取上清液，加入2/3倍体积的异丙醇，混匀后于室温放置10-20min，10000r/min离心15min，去上清液，沉淀用70％乙醇洗2次，加入TE缓冲液及终浓度为50μg/ml的RNase，于37℃保温1h，得到西洋参DNA样品。

所述基因探针包括根据西洋参、淡竹叶、繁缕、宝铎草、直立百部、阔叶山麦冬、矮小山麦冬的rDNA-ITS序列设计的探针，包括如下：

探针一，ACTAAATTATGCGTGTGGTG；

探针二，TACACTGCATGACTCTCAGAC；

探针三，CGAAAAAGCAGCACGACACG；

探针四，GCCTTGGTTCGTACTCCT；

探针五，TGAGCGGAAACACGGGCG；

探针六，CCGCTGCTCACCTATTGTTCA；

探针七，CACGACTCAACCTCTATTGGA。

还可以包括现有已知的多种植物DNA检测探针。

所述DNA芯片为表面等离子共振传感器芯片，所述固相支撑物为硅芯片，所述固相支撑物表面附着一层金属膜，所述基因探针固定在金属膜表面。利用表面等离子共振(surface plasmon resonance，SPR)生物传感器技术，快速检测西洋参的DNA。表面等离子共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)是一种光学物理现象。当一束P偏振光在一定的角度范围内入射到棱镜端面，在棱镜与金属薄膜(Au或Ag)的界面将产生表面等离子波。当入射光波的传播常数与表面等离子波的传播常数相匹配时，引起金属膜内自由电子产生共振，即表面等离子共振。分析时，先在传感芯片表面固定一层生物分子识别膜，然后将待测样品流过芯片表面，若样品中有能够与芯片表面的生物分子识别膜相互作用的分子，会引起金膜表面折射率变化，最终导致SPR角变化，通过检测SPR角度变化，获得被分析物的浓度、亲和力、动力学常数和特异性等信息。将提取后的西洋参DNA样品注射到芯片表面时二者发生特异性结合，从而导致芯片表面光学参数变化，并以电信号的形式表现出来，特异结合待测物的量不同，信号的响应强度不同。

所述追溯标签为RFID射频识别标签。射频识别，RFID(Radio FrequencyIdentification)技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，俗称电子标签。可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。便于识别，使生产、加工、储存、交易、物流、终端和检测的信息快速录入。也可以采取条形码、二维码等模式，但是需要进行一一扫描，不利于大批量信息的录入。

所述追溯标签设置在DNA芯片上。检测者检测后可以直接将检测结果通过扫描追溯标签连接云端，将检测数据传输至云端，并获取云端分析结果，将相关检测数据保存到云端上。

中间商、物流、消费者需要在云端上注册并进行身份校验，所述中间商、物流对云端储存模块中的对应ID的数据包有读取权限，所述消费者对云端储存模块中的对应ID的数据包有读取权限以及禁止除云端管理者外的用户读取权限。这样每次读取都有对应的身份信息，如果终端的消费者多次查询，则可生成异常报告，告知消费者较大可能发生追溯标签被复制的情况，如果有消费者退回商品，销售端可录入相关销售信息，减少云端误判的可能性。

所述云端储存模块上每个ID数据包设有定时程序，自生成ID开始后一定时间后，追溯检索终端无法检索到。云端管理者可根据西洋参产品的特性，根据实际情况设定DNA的有效期，避免过期产品或过期产品上的追溯标签转移使用。

一种上述的西洋参DNA快速鉴定物联网防伪溯源系统的防伪溯源方法，包括以下：

具有检测能力的人员，采用以下方式检测：

(1)通过CTAB法提取被测西洋参样品的DNA样品，将DNA样品与DNA芯片进行杂交反应，获取反应数据；

(2)通过追溯检索终端扫描追溯标签，将反应数据通过DNA检索终端上传至云端与云端DNA数据库中的数据进行对比，得出真伪结果；

(3)将检测地点、时间、结果传输至云端追溯标签该西洋参样品对应批次所对应ID数据包；

不具备检测能力的人员，采用以下方式鉴定：

(1)通过追溯检索终端扫描追溯标签，获取西洋参生产、加工、储存、交易、物流、终端和检测的信息；

(2)云端根据历史查询信息进行分析并将分析结果发送至追溯检索终端。

本发明的有益效果如下：西洋参DNA物联网防伪系统采用的DNA芯片和追溯标签，具备生物检测实验能力的中药贸易公司、大型交易场所、医院等可以通过DNA芯片进行快速检测，并通过DNA大数据分析鉴别真假，进行防伪。不具备生物检测实验能力的药店、消费者等可以通过追溯标签进行追溯，查看西洋参生产、加工、储存、交易、物流、终端和检测的信息，云端可分析是否存在异常并将分析结果发给查询者。通过大数据使追溯标签查询到的数据随着时间和空间而变化，即便复制出相同的追溯标签，异常的查询情况也会被系统发现。实现有效地控制了造假者的复制，形成更好地防伪手段。

附图说明

图1为西洋参DNA快速鉴定物联网防伪溯源系统的示意图。

图2为西洋参DNA快速鉴定方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例，可以更好地说明本发明。

实施例一：

制备DNA芯片，具体过程如下：

1.在硅芯片表面通过金属镀膜工艺附着一层150nm的金属膜，可以为Au或Ag；

2.在探针基因片段巯基化，然后将不同的巯基化的探针点到不同区域，在4℃条件下保持12小时，其中包括根据西洋参、淡竹叶、繁缕、宝铎草、直立百部、阔叶山麦冬、矮小山麦冬的rDNA-ITS序列设计的探针，包括如下：

探针一，ACTAAATTATGCGTGTGGTG；

探针二，TACACTGCATGACTCTCAGAC；

探针三，CGAAAAAGCAGCACGACACG；

探针四，GCCTTGGTTCGTACTCCT；

探针五，TGAGCGGAAACACGGGCG；

探针六，CCGCTGCTCACCTATTGTTCA；

探针七，CACGACTCAACCTCTATTGGA。

3.然后用去离子水清洗掉金属膜表面未结合的探针，然后用氮气吹干。

通过上述方法制备的DNA芯片具有很好的稳定性，可随着产品在市场上长时间流通，表面的DNA探针针对西洋参及其常见伪品的DNA序列进行设计，在加入一些现有的植物DNA探针，通过探针测试西洋参样品的DNA信息，具有特异性，测试效果好。

实施例二：

构建西洋参DNA数据库，具体过程如下：

1.将正品西洋参样品通过CTAB法提取，具体过程如下：在离心管中加入4ml CTAB提取液及80ul巯基乙醇，在65±5℃水浴锅中预热，取西洋参样品，液氮研磨成粉末，转入预热后的离心管中，封口，在65±5℃水浴锅中保温30±10分钟，取出离心管，快速降温至室温，加入4ml氯仿-异戊醇混合溶液，混匀，形成混合乳液；10000r/min离心15min，取上清液，加入2/3倍体积的异丙醇，混匀后于室温放置10-20min，10000r/min离心15min，去上清液，沉淀用70％乙醇洗2次，加入TE缓冲液及终浓度为50μg/ml的RNase，于37℃保温1h，得到西洋参DNA样品。

2.将提取后的西洋参DNA样品与DNA芯片进行杂交反应：西洋参DNA样品注射到DNA芯片表面，45℃下杂交反应5小时。

3.获得各探针区域的SPR信号，录入数据库中；

4.将多种不用品牌、不同规格、不同产地、不同批次的西洋参样品依次通过步骤1至3进行检测，形成西洋参DNA数据库。

通过步骤1提取西洋参样品中的DNA信息，相对其它方法，提取浓度高，相对比较完整，与DNA芯片进行杂交反应，反应比较灵敏，结合度比较高，观察DNA数据库中的数据，发现不用品牌、不同规格、不同产地、不同批次的西洋参样品的数据大致相同，有部分存在差异。

实施例三：

检查DNA芯片和西洋参DNA数据库的有效性，检测人员不知被测西洋参样品的真伪：

1.将被测西洋参样品通过CTAB法提取，具体过程如下：在离心管中加入4ml CTAB提取液及80ul巯基乙醇，在65±5℃水浴锅中预热，取西洋参样品，液氮研磨成粉末，转入预热后的离心管中，封口，在65±5℃水浴锅中保温30±10分钟，取出离心管，快速降温至室温，加入4ml氯仿-异戊醇混合溶液，混匀，形成混合乳液；10000r/min离心15min，取上清液，加入2/3倍体积的异丙醇，混匀后于室温放置10-20min，10000r/min离心15min，去上清液，沉淀用70％乙醇洗2次，加入TE缓冲液及终浓度为50μg/ml的RNase，于37℃保温1h，得到西洋参DNA样品。

2.将提取后的西洋参DNA样品与DNA芯片进行杂交反应：西洋参DNA样品注射到DNA芯片表面，45℃下杂交反应5小时。

3.获得各探针区域的SPR信号，将检测的SPR信号数据与西洋参DNA数据库进行对比，相似度超过90％的样品为真，未超过的样品为假。

4.将多种西洋参样品依次通过步骤1至3进行检测，获得鉴定真伪结果，检测正确率为100％。

通过本实施例，可以说明DNA芯片和西洋参DNA数据库可有效用于西洋参真伪鉴别。伪品西洋参样品的DNA芯片检测数据与西洋参DNA数据库相似度均低于85％，而正品西洋参样品的DNA芯片检测数据与西洋参DNA数据库相似度均高于95％，可明显区分开来，这样通过DNA芯片检测结果误差小。云端对正品相似度限度的设定可在85％-95％之间。

实施例四：

一种西洋参DNA快速鉴定物联网防伪溯源系统，包括云端、DNA芯片、鉴定装置、追溯标签、DNA检索终端、追溯检索终端；

所述云端包括储存模块、分析模块、云端信息接收模块、云端信息输出模块，所述储存模块储存有西洋参DNA数据库以及西洋参生产、加工、储存、交易、物流、终端和检测的信息，所述云端信息接收模块通过网络接收DNA检索终端和追溯检索终端的数据并将数据传输至分析模块，所述分析模块分析所述信息接收模块接收的数据、从储存模块接收相关数据、对比分析DNA数据、将DNA分析结果数据以及分析西洋参生产、加工、储存、交易、物流、终端和检测的信息并将数据和分析结果传输至信息输出模块，所述云端信息输出模块将信息传输至DNA检索终端、追溯检索终端；

所述DNA芯片，包括固相支撑物、基因探针；

每个所述追溯标签包含对应且唯一的ID信息，所述ID信息、西洋参生产、加工、储存、交易、物流、终端和检测的信息形成对应的ID数据包储存在云端上的储存模块；

DNA检索终端，包括DNA数据上传模块、DNA数据接收模块，所述DNA数据上传模块将DNA芯片检测数据传输至云端，所述DNA数据接收模块接收云端DNA分析结果；

追溯检索终端包括追溯标签信息读取模块、追溯检索数据上传模块、追溯检索数据接收模块，所述追溯标签信息读取模块读取标签信息并将标签信息传输至追溯检索数据上传模块，所述追溯检索数据上传模块将标签信息及DNA检测结果传输至云端，所述追溯检索数据接收模块接收西洋参生产、加工、储存、交易、物流、终端和检测的信息。

西洋参DNA物联网防伪系统采用的DNA芯片和追溯标签，具备生物检测实验能力的中药贸易公司、大型交易场所、医院等可以通过DNA芯片进行快速检测，并通过DNA大数据分析鉴别真假，进行防伪。不具备生物检测实验能力的药店、消费者等可以通过追溯标签进行追溯，查看西洋参生产、加工、储存、交易、物流、终端和检测的信息，云端可分析是否存在异常并将分析结果发给查询者。通过大数据使追溯标签查询到的数据随着时间和空间而变化，即便复制出相同的追溯标签，异常的查询情况也会被系统发现。实现有效地控制了造假者的复制，形成更好地防伪手段。

所述追溯标签为RFID射频识别标签。所述追溯标签设置在DNA芯片上。DNA检索终端和追溯检索终端可以为一个终端，即同时带有RFID射频识别功能和联网数据处理的装置，如具有RFID识别功能的手机、计算机终端。

中间商、物流、消费者需要在云端上注册并进行身份校验，所述中间商、物流对云端储存模块中的对应ID的数据包有读取权限，所述消费者对云端储存模块中的对应ID的数据包有读取权限以及禁止除云端管理者外的用户读取权限。这样每次读取都有对应的身份信息，如果终端的消费者多次查询，则可生成异常报告，告知消费者较大可能发生追溯标签被复制的情况，如果有消费者退回商品，销售端可录入相关销售信息，减少云端误判的可能性。

所述云端储存模块上每个ID数据包设有定时程序，自生成ID开始后一定时间后，追溯检索终端无法检索到。药材厂商可根据自身产品的特性，根据实际情况设定追溯标签数据检索的有效期、检索次数，时效一到，则追溯标签自动报废，假冒者即使回收了追溯标签，也是白费心机。

药材厂商可根据实际情况，在特定的时候将指定的追溯标签ID注销。使追溯标签ID的有效性始终在药材厂商的掌控之中，让造假者无机可乘。

云端管理者需要严格控制云端数据的安全性，可设定管理秘钥，确保云端数据严格掌握在生产厂商中。

以上所述仅为本发明的实施例，并非用来限制本发明的保护范围；本发明的保护范围由权利要求书中的权利要求限定，并且凡是依发明所作的等效变化与修改，都在本发明专利的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种西洋参DNA快速鉴定物联网防伪溯源系统，其特征在于：包括云端、DNA芯片、鉴定装置、追溯标签、DNA检索终端、追溯检索终端；

所述云端包括储存模块、分析模块、云端信息接收模块、云端信息输出模块，所述储存模块储存有西洋参DNA数据库以及西洋参生产、加工、储存、交易、物流、终端和检测的信息，所述云端信息接收模块通过网络接收DNA检索终端和追溯检索终端的数据并将数据传输至分析模块，所述分析模块分析所述信息接收模块接收的数据、从储存模块接收相关数据、对比分析DNA数据、将DNA分析结果数据以及分析西洋参生产、加工、储存、交易、物流、终端和检测的信息并将数据和分析结果传输至信息输出模块，所述云端信息输出模块将信息传输至DNA检索终端、追溯检索终端；

所述DNA芯片，包括固相支撑物、基因探针；

每个所述追溯标签包含对应且唯一的ID信息，所述ID信息、西洋参生产、加工、储存、交易、物流、终端和检测的信息形成对应的ID数据包储存在云端上的储存模块；

DNA检索终端，包括DNA数据上传模块、DNA数据接收模块，所述DNA数据上传模块将DNA芯片检测数据传输至云端，所述DNA数据接收模块接收云端DNA分析结果；

追溯检索终端包括追溯标签信息读取模块、追溯检索数据上传模块、追溯检索数据接收模块，所述追溯标签信息读取模块读取标签信息并将标签信息传输至追溯检索数据上传模块，所述追溯检索数据上传模块将标签信息及DNA检测结果传输至云端，所述追溯检索数据接收模块接收西洋参生产、加工、储存、交易、物流、终端和检测的信息。

2.根据权利要求1所述的西洋参DNA快速鉴定物联网防伪溯源系统，其特征在于：所述西洋参DNA数据库通过以下方式建立：

(1)将正品西洋参样品进行批量提取；

(2)将提取后的西洋参DNA样品与DNA芯片进行杂交反应；

(3)将杂交反应结果录入数据库中；

(4)将多种不用品牌、不同规格、不同产地、不同批次的西洋参样品依次通过步骤(1)、(2)、(3)进行检测，形成西洋参DNA数据库。

3.根据权利要求2所述的西洋参DNA快速鉴定物联网防伪溯源系统，其特征在于：步骤(1)中，西洋参样品通过CTAB法提取，具体过程如下：在离心管中加入4ml CTAB提取液及80ul巯基乙醇，在65±5℃水浴锅中预热，取西洋参样品，液氮研磨成粉末，转入预热后的离心管中，封口，在65±5℃水浴锅中保温30±10分钟，取出离心管，快速降温至室温，加入4ml氯仿-异戊醇混合溶液，混匀，形成混合乳液；10000r/min离心15min，取上清液，加入2/3倍体积的异丙醇，混匀后于室温放置10-20min，10000r/min离心15min，去上清液，沉淀用70％乙醇洗2次，加入TE缓冲液及终浓度为50μg/ml的RNase，于37℃保温1h，得到西洋参DNA样品。

4.根据权利要求1所述的西洋参DNA快速鉴定物联网防伪溯源系统，其特征在于，所述基因探针包括根据西洋参、淡竹叶、繁缕、宝铎草、直立百部、阔叶山麦冬、矮小山麦冬的rDNA-ITS序列设计的探针，包括如下：

探针一，ACTAAATTATGCGTGTGGTG；

探针二，TACACTGCATGACTCTCAGAC；

探针三，CGAAAAAGCAGCACGACACG；

探针四，GCCTTGGTTCGTACTCCT；

探针五，TGAGCGGAAACACGGGCG；

探针六，CCGCTGCTCACCTATTGTTCA；

探针七，CACGACTCAACCTCTATTGGA。

5.根据权利要求1所述的西洋参DNA快速鉴定物联网防伪溯源系统，其特征在于：所述DNA芯片为表面等离子共振传感器芯片，所述固相支撑物为硅芯片，所述固相支撑物表面附着一层金属膜，所述基因探针固定在金属膜表面。

6.根据权利要求1所述的西洋参DNA快速鉴定物联网防伪溯源系统，其特征在于：所述追溯标签为RFID射频识别标签。

7.根据权利要求1所述的西洋参DNA快速鉴定物联网防伪溯源系统，其特征在于：所述追溯标签设置在DNA芯片上。

8.根据权利要求1所述的西洋参DNA快速鉴定物联网防伪溯源系统，其特征在于：中间商、物流、消费者需要在云端上注册并进行身份校验，所述中间商、物流对云端储存模块中的对应ID的数据包有读取权限，所述消费者对云端储存模块中的对应ID的数据包有读取权限以及禁止除云端管理者外的用户读取权限。

9.根据权利要求1所述的西洋参DNA快速鉴定物联网防伪溯源系统，其特征在于：所述云端储存模块上每个ID数据包设有定时程序，自生成ID开始后一定时间后，追溯检索终端无法检索到。

10.一种权利要求1-9任一项所述的西洋参DNA快速鉴定物联网防伪溯源系统的防伪溯源方法，其特征在于，包括以下：

具有检测能力的人员，采用以下方式检测：

(1)通过CTAB法提取被测西洋参样品的DNA样品，将DNA样品与DNA芯片进行杂交反应，获取反应数据；

(2)通过追溯检索终端扫描追溯标签，将反应数据通过DNA检索终端上传至云端与云端DNA数据库中的数据进行对比，得出真伪结果；

(3)将检测地点、时间、结果传输至云端追溯标签该西洋参样品对应批次所对应ID数据包；

不具备检测能力的人员，采用以下方式鉴定：

(1)通过追溯检索终端扫描追溯标签，获取西洋参生产、加工、储存、交易、物流、终端和检测的信息；

(2)云端根据历史查询信息进行分析并将分析结果发送至追溯检索终端。