CN112730367B - 一种基于便携式智能终端的多信号光谱传感平台对碱性磷酸酶的测定方法及装置 - Google Patents

一种基于便携式智能终端的多信号光谱传感平台对碱性磷酸酶的测定方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于便携式智能终端的多信号光谱传感平台对碱性磷酸酶的测定方法，包括如下步骤：S1：羟基氧化钴纳米片的制备：S2：抗坏血酸的测定；S3：碱性磷酸酶的测定；S4：基于便携式智能终端设备的多信号读取及分析；S5：样品检测。本发明还提供了一种基于便携式智能终端的多信号光谱传感平台对碱性磷酸酶的测定装置。本发明的方法灵敏度高，装置便携且方便使用，因而能够实现对环境样本中的ALP浓度实现快速准确的现场分析。

Description

一种基于便携式智能终端的多信号光谱传感平台对碱性磷酸 酶的测定方法及装置
技术领域
本发明涉及一种化学测定技术，尤其涉及一种基于便携式智能终端的多信号光谱传感平台对碱性磷酸酶的测定方法及装置。
背景技术
碱性磷酸酶（ALP）是一种重要的天然酶，广泛存在于生物组织中。它能催化多种含磷底物的脱磷反应，在细胞调控和信号转导中起重要作用。正常成人血清中碱性磷酸酶的含量在40U/L-150 U/L之间，血清中ALP的异常可引起多种疾病，如骨病、糖尿病、乳腺癌、前列腺癌和肝炎等。因此，快速、灵敏地测定ALP活性在生物医学领域具有重要意义。
到目前为止，已经存在多种方法来测定ALP，例如电致发光（ECL）、分光光度法、电化学方法、表面增强拉曼散射（SERS）、荧光、化学发光和瑞利散射光谱等。虽然上述方法对ALP的检测具有良好的选择性和灵敏性，但也存在不可避免的局限性，如设备笨重、需要专业的技术人员、成本高，特别是在紧急情况下，无法满足现场监测的需要。考虑到这些问题，迫切需要一种便携式智能传感器设备来实现血清中ALP的准确原位检测，以克服以上缺点。
随着科技的发展和时代的进步，传感器在智能领域发挥着举足轻重的作用。在物联网运行中，物理、化学、生物等信息可以通过传感器转换传输到后端平台进行分析、处理和应用。智能手机、平板电脑等智能终端作为新型的后端平台，可以通过触摸屏控制或语音直接与信息交互，实现仿人智能。毫无疑问，这些智能终端功能的实现离不开App的帮助。因此，将人工智能技术植入到移动App中，可以有效实现其医学监测和生化分析功能。
基于智能终端的光学（荧光或比色）传感策略，作为最有前途的便携式智能传感平台，已被设计并适应于生物分子的快速测定。与单一荧光信号相比，基于智能终端的比率荧光传感平台更有利于实现现场分析。其优越性在于比率荧光系统可以根据两个或两个以上不同发射峰的变化实现本征校正，从而避免仪器或环境干扰，扩大检测范围，提高检测精准度。此外，基于比率荧光信号的颜色变化更为明显，更容易被智能终端的内置摄像头捕捉到。例如，现有技术中有人采用设计的双发射改性纳米材料(7-MC-3-COOH@Eu-AMP)作为比率荧光信号，采用智能手机对ALP进行快速定量检测，具有较高的灵敏度和优越的可靠性。同样，也有其他技术人员报道了一种结合NH2-Cu-MOFs和智能手机的ALP比值荧光视觉测定的新策略。
但是，现有技术中仍然存在检测效率较低的问题，不能同时识别、读取和测定多个样品。现有技术有等改进。
发明内容
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供了一种基于便携式智能终端的多信号光谱传感平台对碱性磷酸酶的测定方法，用于ALP的现场测定，能够同时识别和检测多个样品，同时具有良好的灵敏度和准确性。本发明还提供了一种基于便携式智能终端的多信号光谱传感平台对环境样本中的碱性磷酸酶进行分析的装置，该装置便携，利于进行现场测定。
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种基于便携式智能终端的多信号光谱传感平台对碱性磷酸酶的测定方法，包括如下步骤：
S1：羟基氧化钴纳米片的制备：采用共沉淀法合成羟基氧化钴纳米片；
S2：抗坏血酸的测定：将S1中得到的羟基氧化钴纳米片与不同浓度的抗坏血酸溶液混合，然后加入邻苯二胺，进行光学检测并收集检测数据；
S3：碱性磷酸酶的测定：将L-抗坏血酸-2-磷酸三钠盐与不同浓度的碱性磷酸酶混合反应生成抗坏血酸后，再将S1中得到的羟基氧化钴纳米片和邻苯二胺加入到抗坏血酸溶液中，进行光学检测并收集检测数据；
S4：基于便携式智能终端设备的多信号读取及分析：将步骤S2和步骤S3中的检测数据输入便携式智能终端设备的app中，进行R、G、B值或三者的任意组合与碱性磷酸酶的线性拟合，形成标准对照曲线；
S5：样品检测：将环境样本进行离心，并在离心后取上层清液，在上层清液中加入不同标准浓度的碱性磷酸酶溶液形成样品混合溶液，然后将样品混合溶液加入到羟基氧化钴纳米片/邻苯二胺/L-抗坏血酸-2-磷酸三钠盐体系中，进行光学检测并收集检测数据，并将检测数据输入便携式智能终端设备的app中，与步骤S4中的标准对照曲线进行对照匹配后，在app中计算并显示样品中的碱性磷酸酶浓度。
优选地，步骤S1中羟基氧化钴纳米片的制备方法如下：
取0.119g CoCl2·6H2O溶于50mL去离子水中，与1.5mL、1.0M的NaOH水溶液混合，超声10-15min，得到第一混合液；
将第一混合液在5000-6000rpm转速下离心8-12min，去除上层清液，收集沉淀，然后将沉淀重新分散在50mL去离子水中，加入0.9M、2.6mL的NaClO，超声处理30-45min，得到第二混合液；
将第二混合溶液在11000-12000rpm的转速下离心10-12min，，去除上层清液，收集沉淀，然后将沉淀用去离子水洗涤3次，然后将得到的沉淀再分散到50mL去离子水中，得到羟基氧化钴纳米片溶液并在温度为4℃下保存，备用。
优选地，步骤S2中：
将200μL、15mg/L的羟基氧化钴纳米片溶液和200μL不同浓度的抗坏血酸溶液在2mL、20 mM、pH为6.5-7.5的磷酸缓冲液中混合，然后向上述混合物中加入200μL、3mM的邻苯二胺，然后在30-40℃反应10-20min后，用去离子水将溶液稀释至3mL，进行光学检测并收集检测数据。
优选地，步骤S3中：
将浓度为200μL、3mM的L-抗坏血酸-2-磷酸三钠盐与200μL不同浓度的碱性磷酸酶混合在2mL、20 mM、pH为8.5-9.5的磷酸缓冲液中混合，然后在30-40℃反应30-40min得到抗坏血酸溶液，并将200μL、15mg/L的羟基氧化钴纳米片溶液和200μL、3mM的邻苯二胺加入到抗坏血酸溶液中，进行光学检测并收集检测数据。
优选地，所述光学检测包括荧光光谱和紫外光谱中一种或两种，还包括比色信号检测。
优选地，步骤S2中，
荧光光谱和比色信号检测中，在365nm紫外灯照射下，随着抗坏血酸浓度的增加，混合溶液的颜色从橙色变为蓝色，所述抗坏血酸的荧光光谱中I430 / I565呈线性，回归方程为I430 / I565 = 0.0124CAA + 0.0928，R2 = 0.9967，检测下限为0.08μM，S/N=3，其中：I430为发射峰在430 nm的强度，I565为发射峰在565nm的强度，CAA为抗坏血酸的浓度；
紫外光谱和比色信号检测中，随着抗坏血酸浓度的增加，混合溶液的颜色从黄色变为几乎无色，回归方程拟合为A420 = -0.0062CAA + 0.7952（R2 = 0.9941），检测下限为1.01μM，S/N=3，其中：A420为在420nm处的吸光度，CAA为抗坏血酸的浓度。
优选地，步骤S3中，
荧光光谱和比色信号检测中，在365 nm紫外灯照射下，随着碱性磷酸酶浓度的增加，在430nm的荧光峰增强，而在565nm的荧光峰减小，混合溶液的颜色从橙色变为蓝色，碱性磷酸酶荧光强度比I430 / I565呈线性，回归方程为I430 / I565 = 0.0087CALP + 0.1069，R2= 0.9965，检测下限为0.16μM，S/N=3，其中：I430为发射峰在430 nm的强度，I565为发射峰在565nm的强度，CALP为碱性磷酸酶的浓度；
紫外光谱和比色信号检测中，回归方程为A420 = -0.0045CALP + 0.8091，R2 =0.9945，检测下限为1.94U/L，S/N=3，其中：A420为在420nm处的吸光度，CALP为碱性磷酸酶的浓度。
优选地，步骤S4中，所述标准对照曲线为碱性磷酸酶浓度和R / B值之间的校准曲线，拟合的线性方程为Y = -0.0100CALP + 1.6257，R2 = 0.9987；
或，
所述标准对照曲线为碱性磷酸酶浓度和B值之间的校准曲线，拟合的线性方程为Y= 0.8376CALP + 31.8801（R2 = 0.9926）；
其中：CALP为碱性磷酸酶的浓度。
优选地，荧光光谱和比色信号检测中，碱性磷酸酶的检测范围为0.8-190μM；
紫外光谱和比色信号检测中，碱性磷酸酶的检测范围为3-130U/L。
根据本发明的另一方面，一种基于便携式智能终端的多信号光学传感平台对环境样本中的碱性磷酸酶进行分析的装置，所述装置用于上述的方法，所述装置包括智能终端和光学仪器；
所述智能终端用于接收、存储和分析数据，所述智能终端包括手机和平板电脑；
所述光学仪器包括荧光光谱仪和/或紫外-可见分光光度计，所述光学仪器用于检测并获得光谱图；
所述智能终端上安装有多信号光学传感平台app软件，所述多信号光学传感平台app软件中预先记录有碱性磷酸酶的标准对照曲线，待测样品的所述光学仪器的光谱数据和比色图像导入多信号光学传感平台app软件后，所述智能终端通过数据分析后得出待测样品的碱性磷酸酶浓度。
本发明的有益效果是：
羟基氧化钴（CoOOH）纳米片具有典型的氧化酶性质，能够促进邻苯二胺（OPD）氧化生成2 , 3-二氨基吩嗪（OxOPD），OxOPD在565 nm处具有强荧光发射，其紫外吸收在420 nm。碱性磷酸酶催化底物L-抗坏血酸-2-磷酸三钠盐（AAP）生成抗坏血酸（AA），CoOOH纳米片被AA还原成Co2+，自身被氧化生成脱氢抗坏血酸（DHAA），抑制了CoOOH纳米片的模拟氧化酶活性。反应产物DHAA进一步与OPD结合生成喹喔啉（DFQ），并在430 nm处出现一个强烈的荧光发射峰。基于不同浓度ALP的荧光和比色响应信号（I430/I565），用智能终端app实现对ALP浓度分析。首先，用智能终端内置摄像头捕捉响应信号，采集到的荧光和比色图像通过app自动识别并读出R、G、B值。最后，以最佳拟合的线性报告实际样品中碱性磷酸酶的浓度。因此，这使得CoOOH纳米片和智能终端成为医学和生物传感监测领域的候选产品。
附图说明
图1为一种基于便携式智能终端的多信号光谱传感平台对碱性磷酸酶的测定方法的原理图。
图2为本发明的羟基氧化钴纳米片的SEM图（2A图）和TEM图（2B图）。
图3为本发明中的羟基氧化钴纳米片/邻苯二胺体系对不同浓度抗坏血酸的荧光响应图（3A图），羟基氧化钴纳米片/邻苯二胺中荧光强度比（I430/I565）与不同浓度抗坏血酸的线性关系图（3B图），羟基氧化钴纳米片/邻苯二胺体系对不同浓度抗坏血酸的紫外吸收-可见光光谱图（3C图），紫外吸收值（A420）与不同浓度抗坏血酸的线性关系图（3D图）。
图4为本发明中的羟基氧化钴纳米片/邻苯二胺/L-抗坏血酸-2-磷酸三钠盐体系对不同浓度碱性磷酸酶的荧光响应图（4A图），羟基氧化钴纳米片/邻苯二胺/L-抗坏血酸-2-磷酸三钠盐中荧光强度比（I430/I565）与不同浓度碱性磷酸酶的线性关系图（4B图），羟基氧化钴纳米片/邻苯二胺/L-抗坏血酸-2-磷酸三钠盐体系对不同浓度碱性磷酸酶的紫外吸收-可见光光谱图（4C图），紫外吸收值（A420）与不同浓度碱性磷酸酶的线性关系图（4D图）。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
本发明的技术方案概括为：本发明提供了一种基于便携式智能终端的多信号光谱传感平台对碱性磷酸酶的测定方法及装置，本发明中，羟基氧化钴（CoOOH）纳米片具有典型的氧化酶性质，能够促进邻苯二胺（OPD）氧化生成2 , 3-二氨基吩嗪（OxOPD），OxOPD在565nm处具有强荧光发射，其紫外吸收在420 nm。碱性磷酸酶催化底物L-抗坏血酸-2-磷酸三钠盐（AAP）生成抗坏血酸（AA），CoOOH纳米片被AA还原成Co2+，自身被氧化生成脱氢抗坏血酸（DHAA），抑制了CoOOH纳米片的模拟氧化酶活性。反应产物DHAA进一步与OPD结合生成喹喔啉（DFQ），并在430 nm处出现一个强烈的荧光发射峰。基于不同浓度ALP的荧光和比色响应信号（I430/I565），用智能终端app实现对ALP浓度分析。首先，用智能终端内置摄像头捕捉响应信号，采集到的荧光和比色图像通过app自动识别并读出R、G、B值。最后，以最佳拟合的线性报告实际样品中碱性磷酸酶的浓度。
为了说明本发明的方案和技术进步性，现设计的实验步骤如下：
一种基于便携式智能终端的多信号光谱传感平台对碱性磷酸酶的测定方法，包括如下步骤：
S1：羟基氧化钴纳米片的制备：采用共沉淀法合成羟基氧化钴纳米片；
S2：抗坏血酸的测定：将S1中得到的羟基氧化钴纳米片与不同浓度的抗坏血酸溶液混合，然后加入邻苯二胺，进行光学检测并收集检测数据；
S3：碱性磷酸酶的测定：将L-抗坏血酸-2-磷酸三钠盐与不同浓度的碱性磷酸酶混合反应生成抗坏血酸后，再将S1中得到的羟基氧化钴纳米片和邻苯二胺加入到抗坏血酸溶液中，进行光学检测并收集检测数据；
S4：基于便携式智能终端设备的多信号读取及分析：将步骤S2和步骤S3中的检测数据输入便携式智能终端设备的app中，进行R、G、B值或三者的任意组合与碱性磷酸酶的线性拟合，形成标准对照曲线；
S5：样品检测：将环境样本进行离心，并在离心后取上层清液，在上层清液中加入不同标准浓度的碱性磷酸酶溶液形成样品混合溶液，然后将样品混合溶液加入到羟基氧化钴纳米片/邻苯二胺/L-抗坏血酸-2-磷酸三钠盐体系中，进行光学检测并收集检测数据，并将检测数据输入便携式智能终端设备的app中，与步骤S4中的标准对照曲线进行对照匹配后，在app中计算并显示样品中的碱性磷酸酶浓度。
实施例：
S1：羟基氧化钴纳米片的制备
取0.119g CoCl2·6H2O溶于50mL去离子水中，与1.5mL、1.0M的NaOH水溶液混合，超声10-15min，得到第一混合液；
将第一混合液在5000-6000rpm转速下离心8-12min，去除上层清液，收集沉淀，然后将沉淀重新分散在50mL去离子水中，加入0.9M、2.6mL的NaClO，超声处理30-45min，得到第二混合液；
将第二混合溶液在11000-12000rpm的转速下离心10-12min，，去除上层清液，收集沉淀，然后将沉淀用去离子水洗涤3次，然后将得到的沉淀再分散到50mL去离子水中，得到羟基氧化钴纳米片溶液并在温度为4℃下保存，备用。
如图2所示，通过沉淀，氧化，超声和离心合成羟基氧化钴纳米片。图2A的SEM图可以看到，制备的羟基氧化钴纳米片具有典型纳米片形态。图2B的TEM图显示羟基氧化钴纳米片具有六边形结构。图2B中的插图清楚地显示了羟基氧化钴纳米片的晶体特征，晶面间距为0.11nm。
S2：抗坏血酸的测定
荧光光谱和比色信号检测中，在365nm紫外灯照射下，随着抗坏血酸浓度的增加，混合溶液的颜色从橙色变为蓝色，抗坏血酸的荧光光谱中I430 / I565呈线性，回归方程为I430 / I565 = 0.0124CAA + 0.0928，R2 = 0.9967，检测下限为0.08μM，S/N=3，其中：I430为发射峰在430 nm的强度，I565为发射峰在565nm的强度，CAA为抗坏血酸的浓度；
紫外光谱和比色信号检测中，随着抗坏血酸浓度的增加，混合溶液的颜色从黄色变为几乎无色，回归方程拟合为A420 = -0.0062CAA + 0.7952（R2 = 0.9941），检测下限为1.01μM，S/N=3，其中：A420为在420nm处的吸光度，CAA为抗坏血酸的浓度。
如图3所示，图3A显示了在CoOOH纳米片/ OPD体系中加入不同浓度的AA（0-220μM）的荧光光谱，随着AA浓度的增加，发射峰在430 nm处增强，在565 nm处降低。此外，在365 nm紫外灯下观察到体系中的视觉颜色从橙色变为蓝色。随AA浓度（0.5-160 μM）的增加， I430/ I565呈线性，回归方程为I430 / I565 = 0.0124CAA + 0.0928（R2 = 0.9967），检测下限（LOD，0.08 μM，S / N = 3）（图3B）。另外，通过OxOPD的吸收光谱分析AA的浓度。如图3C所示，随着AA浓度（0-220 μM）的增加，在420 nm处的吸光度逐渐降低，并且系统的颜色从黄色变为几乎无色（图3C）。在AA浓度范围1-100 μM内与吸光度值呈线性相关，回归方程拟合为A420 = -0.0062CAA + 0.7952（R2 = 0.9941）（图3D），LOD为1.01 μM（S / N = 3）。因此，多信号传感系统能够高灵敏测量AA，与其他方法相比，具有更出色的性能。
S3：碱性磷酸酶的测定
荧光光谱和比色信号检测中，在365 nm紫外灯照射下，随着碱性磷酸酶浓度的增加，在430nm的荧光峰增强，而在565nm的荧光峰减小，混合溶液的颜色从橙色变为蓝色，碱性磷酸酶荧光强度比I430 / I565呈线性，回归方程为I430 / I565 = 0.0087CALP + 0.1069，R2= 0.9965，检测下限为0.16μM，S/N=3，其中：I430为发射峰在430 nm的强度，I565为发射峰在565nm的强度，CALP为碱性磷酸酶的浓度；
紫外光谱和比色信号检测中，回归方程为A420 = -0.0045CALP + 0.8091，R2 =0.9945，检测下限为1.94U/L，S/N=3，其中：A420为在420nm处的吸光度，CALP为碱性磷酸酶的浓度。
如图4所示，基于酶的催化反应，底物AAP被ALP催化释放AA。如图4A所示，随着ALP浓度的增加，在430 nm的荧光峰增强，而在565 nm的荧光峰减小。随着ALP浓度的添加，反应溶液的颜色分布从橙色变为蓝色区域，这与上述测定AA时荧光色变化的结果一致。如图4B所示，荧光强度比（I430 / I565）与ALP浓度从0.8到190 μM成正比。LOD为0.16 μM（S / N =3），回归方程为I430 / I565 = 0.0087CALP + 0.1069（R2 = 0.9965）的（图4B）。另外，如图4C所示，随着ALP浓度的增加，OxOPD在420 nm处的吸光度逐渐降低。吸光度（A420）与ALP浓度（3-130 U / L）表现出极好的线性关系（图4D）。回归方程为A420 = -0.0045CALP + 0.8091（R2 = 0.9945），LOD为1.94 U / L（S / N = 3）。因此，所设计的传感系统可以用于定量测定ALP，与现有方法相比，具有优越的性能。
S4：基于便携式智能终端设备的多信号读取及分析
标准对照曲线为碱性磷酸酶浓度和R / B值之间的校准曲线，拟合的线性方程为Y= -0.0100CALP + 1.6257，R2 = 0.9987；
或，
标准对照曲线为碱性磷酸酶浓度和B值之间的校准曲线，拟合的线性方程为Y =0.8376CALP + 31.8801（R2 = 0.9926）；
其中：CALP为碱性磷酸酶的浓度。
荧光光谱和比色信号检测中，碱性磷酸酶的检测范围为0.8-190U/L；
紫外光谱和比色信号检测中，碱性磷酸酶的检测范围为3-130U/L。
本发明的方法中，将不同浓度的ALP添加到CoOOH纳米片/ OPD / AAP体系中，通过基于智能终端的便携式设备获取荧光和比色信号然后用App进行数据分析，用于图像的数字转换和ALP浓度的定量分析。通过具有ROI Manager功能的App在荧光图像上选择多个大小相同的区域，然后将获得的区域图像分为三个通道（R，G，B），每个通道的色彩强度渠道通过使用App进一步量化。基于这些数据，分别以横坐标为ALP浓度和纵坐标为R，G，B，R / G，R/ B，G / B和Gray值建立关系。
纵坐标R / B值与ALP浓度（10-160U / L）表现出比其他纵坐标更好的线性关系（未示图）。因此，拟合并选择了ALP浓度和R / B值之间的校准曲线，并通过App进行进一步的实际样品测试，拟合的线性方程为Y = -0.0100CALP + 1.6257（R2 = 0.9987）。基于比色信号的App对ALP进行定量检测的过程，该过程与基于荧光信号的App的分析过程相符。
在10-160 U / L中，纵坐标B值与ALP表现出比其他纵坐标值更好的线性关系（未示图）。因此，拟合并选择了ALP浓度和B值之间的校准曲线，并通过App进行进一步的真实样品测试，拟合的线性方程为Y = 0.8376CALP + 31.8801（R2 = 0.9926）。
总体而言，这些结果证明该策略无需昂贵的仪器即可实现ALP的现场分析。
S5：样品检测
将环境样本进行离心，并在离心后取上层清液，在上层清液中加入不同标准浓度的碱性磷酸酶溶液形成样品混合溶液，然后将样品混合溶液加入到羟基氧化钴纳米片/邻苯二胺/L-抗坏血酸-2-磷酸三钠盐体系中，进行光学检测并收集检测数据，并将检测数据输入便携式智能终端设备的app中，与步骤S4中的标准对照曲线进行对照匹配后，在app中计算并显示样品中的碱性磷酸酶浓度。
装置例
一种基于便携式智能终端的多信号光谱传感平台对碱性磷酸酶的测定装置，装置用于对环境样本中的碱性磷酸酶进行分析，装置包括智能终端和光学仪器；
智能终端用于接收、存储和分析数据，智能终端包括手机和平板电脑；
光学仪器包括荧光光谱仪和/或紫外-可见分光光度计，光学仪器用于检测并获得光谱图；
智能终端上安装有多信号光谱传感平台app软件，多信号光谱传感平台app软件中预先记录有碱性磷酸酶的标准对照曲线，待测样品的光学仪器的光谱数据和比色图像导入多信号光学传感平台app软件后，智能终端通过数据分析后得出待测样品的碱性磷酸酶浓度。
应用例
一种基于便携式智能终端的多信号光谱传感平台对碱性磷酸酶的测定方法和装置，对环境样本1和环境样本2进行检测。
首先通过碱性磷酸酶速率法测定血清样品中的ALP浓度，然后将不同浓度的ALP标准溶液加标到这些血清中，并通过智能手机的app进行回收率评估。
在app上显示的数据与碱性磷酸酶速率法一致，结果如表1所示。基于碱性磷酸酶速率法的ALP的检测中，环境样本1的浓度为56.0U/L，环境样本2的浓度为53.3 U/L；而基于智能终端的荧光信号的ALP的检测中，环境样本1的浓度为53.49 U/L，环境样本2的浓度为55.25 U/L，回收率分别在96.7-102.97％和基于智能终端的比色信号的98.59-104.87％之间。ALP检测方法具有良好的准确性。因此，基于智能终端的光谱传感系统对于实际样品的现场分析显示出良好的前景。
表1 环境样本碱性磷酸酶测试结果对比表
测定环境样本1的浓度 测定环境样本2的浓度
碱性磷酸酶速率法 56.0 U/L 53.3 U/L
多信号光学传感系统 53.49 U/L 55.25 U/L
参见图1所示，本发明建立了一种基于便携式智能终端的高灵敏度、高选择性的视觉现场多信号光谱传感系统的检测方法及装置。
本发明的方法及装置的原理为：ALP将AAP催化为AA。随着AA浓度的增加，DFQ的蓝色荧光峰增强，OxOPD的橙色荧光峰减小，同时反应溶液的颜色从黄色逐渐变为无色。基于荧光信号检测ALP时，该体系在0.8-190μM的宽范围内表现出显着的灵敏度，LOD（limit ofdetection，检测限）为0.16 μM。基于色度信号检测ALP时，该体系在3-130 U / L浓度范围内表现出显著的灵敏度，LOD为1.94 U / L。因此，以AA为中介，可以通过多信号传感系统有效地测定AA和ALP活性。
此外，建立的基于便携式智能终端多信号光谱传感系统的检测平台可以实现与计算机相同的强大功能，可以快速并同时监视多个包含碱性磷酸酶的样品，从而大大节省了测量时间。以及，该平台用于ALP分析，无需昂贵的实验设备和专业技术。不同环境样本中ALP检测的结果证明了智能终端平台的实际适用性。本发明的方法和装置，能够实现现场快速地对包含碱性磷酸酶的样品的检测。

Claims (8)

1.一种基于便携式智能终端的多信号光谱传感平台对碱性磷酸酶的测定方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：羟基氧化钴纳米片的制备：采用共沉淀法合成羟基氧化钴纳米片；
S2：抗坏血酸的测定：将S1中得到的羟基氧化钴纳米片与不同浓度的抗坏血酸溶液混合，然后加入邻苯二胺，进行光学检测并收集检测数据；
S3：碱性磷酸酶的测定：将L-抗坏血酸-2-磷酸三钠盐与不同浓度的碱性磷酸酶混合反应生成抗坏血酸后，再将S1中得到的羟基氧化钴纳米片和邻苯二胺加入到抗坏血酸溶液中，进行光学检测并收集检测数据；
S4：基于便携式智能终端设备的多信号读取及分析：将步骤S2和步骤S3中的检测数据输入便携式智能终端设备的app中，进行R、G、B值或三者的任意组合与碱性磷酸酶的线性拟合，形成标准对照曲线；
S5：样品检测：将环境样本进行离心，并在离心后取上层清液，在上层清液中加入不同标准浓度的碱性磷酸酶溶液形成样品混合溶液，然后将样品混合溶液加入到羟基氧化钴纳米片/邻苯二胺/L-抗坏血酸-2-磷酸三钠盐体系中，进行光学检测并收集检测数据，并将检测数据输入便携式智能终端设备的app中，与步骤S4中的标准对照曲线进行对照匹配后，在app中计算并显示样品中的碱性磷酸酶浓度；
其中：
所述光学检测包括荧光光谱和紫外光谱中一种或两种，还包括比色信号检测；
步骤S2中，荧光光谱和比色信号检测中，在365nm紫外灯照射下，随着抗坏血酸浓度的增加，混合溶液的颜色从橙色变为蓝色，所述抗坏血酸的荧光光谱中I430/I565呈线性，回归方程为I430/I565＝0.0124CAA+0.0928，R2＝0.9967，检测下限为0.08μM，S/N＝3，其中：I430为发射峰在430nm的强度，I565为发射峰在565nm的强度，CAA为抗坏血酸的浓度；紫外光谱和比色信号检测中，随着抗坏血酸浓度的增加，混合溶液的颜色从黄色变为几乎无色，回归方程拟合为A420＝-0.0062CAA+0.7952(R2＝0.9941)，检测下限为1.01μM，S/N＝3，其中：A420为在420nm处的吸光度，CAA为抗坏血酸的浓度。
2.根据权利要求1所述的基于便携式智能终端的多信号光谱传感平台对碱性磷酸酶的测定方法，其特征在于，步骤S1中羟基氧化钴纳米片的制备方法如下：
取0.119g CoCl2·6H2O溶于50mL去离子水中，与1.5mL、1.0M的NaOH水溶液混合，超声10-15min，得到第一混合液；
将第一混合液在5000-6000rpm转速下离心8-12min，去除上层清液，收集沉淀，然后将沉淀重新分散在50mL去离子水中，加入0.9M、2.6mL的NaClO，超声处理30-45min，得到第二混合液；
将第二混合溶液在11000-12000rpm的转速下离心10-12min，去除上层清液，收集沉淀，然后将沉淀用去离子水洗涤3次，然后将得到的沉淀再分散到50mL去离子水中，得到羟基氧化钴纳米片溶液并在温度为4℃下保存，备用。
3.根据权利要求1所述的基于便携式智能终端的多信号光谱传感平台对碱性磷酸酶的测定方法，其特征在于，步骤S2中：
将200μL、15mg/L的羟基氧化钴纳米片溶液和200μL不同浓度的抗坏血酸溶液在2mL、20mM、pH为6.5-7.5的磷酸缓冲液中混合，然后向上述混合物中加入200μL、3mM的邻苯二胺，然后在30-40℃反应10-20min后，用去离子水将溶液稀释至3mL，进行光学检测并收集检测数据。
4.根据权利要求1所述的基于便携式智能终端的多信号光谱传感平台对碱性磷酸酶的测定方法，其特征在于，步骤S3中：
将浓度为200μL、3mM的L-抗坏血酸-2-磷酸三钠盐与200μL不同浓度的碱性磷酸酶混合在2mL、20mM、pH为8.5-9.5的磷酸缓冲液中混合，然后在30-40℃反应30-40min得到抗坏血酸溶液，并将200μL、15mg/L的羟基氧化钴纳米片溶液和200μL、3mM的邻苯二胺加入到抗坏血酸溶液中，进行光学检测并收集检测数据。
5.根据权利要求1所述的基于便携式智能终端的多信号光谱传感平台对碱性磷酸酶的测定方法，其特征在于，步骤S3中：
荧光光谱和比色信号检测中，在365nm紫外灯照射下，随着碱性磷酸酶浓度的增加，在430nm的荧光峰增强，而在565nm的荧光峰减小，混合溶液的颜色从橙色变为蓝色，碱性磷酸酶荧光强度比I430/I565呈线性，回归方程为I430/I565＝0.0087CALP+0.1069，R2＝0.9965，检测下限为0.16μM，S/N＝3，其中：I430为发射峰在430nm的强度，I565为发射峰在565nm的强度，CALP为碱性磷酸酶的浓度；
紫外光谱和比色信号检测中，回归方程为A420＝-0.0045CALP+0.8091，R2＝0.9945，检测下限为1.94U/L，S/N＝3，其中：A420为在420nm处的吸光度，CALP为碱性磷酸酶的浓度。
6.根据权利要求5所述的基于便携式智能终端的多信号光谱传感平台对碱性磷酸酶的测定方法，其特征在于，步骤S4中，所述标准对照曲线为碱性磷酸酶浓度和R/B值之间的校准曲线，拟合的线性方程为Y＝-0.0100CALP+1.6257，R2＝0.9987；
或，
所述标准对照曲线为碱性磷酸酶浓度和B值之间的校准曲线，拟合的线性方程为Y＝0.8376CALP+31.8801，R2＝0.9926；
其中：CALP为碱性磷酸酶的浓度。
7.根据权利要求6所述的基于便携式智能终端的多信号光谱传感平台对碱性磷酸酶的测定方法，其特征在于：
荧光光谱和比色信号检测中，碱性磷酸酶的检测范围为0.8-190μM；
紫外光谱和比色信号检测中，碱性磷酸酶的检测范围为3-130U/L。
8.一种基于便携式智能终端的多信号光谱传感平台对碱性磷酸酶的测定装置，其特征在于：所述装置用于权利要求1-7中任一项所述的方法，所述装置包括智能终端和光学仪器；
所述智能终端用于接收、存储和分析数据，所述智能终端包括手机和平板电脑；
所述光学仪器包括荧光光谱仪和/或紫外-可见分光光度计，所述光学仪器用于检测并获得光谱图；
所述智能终端上安装有多信号光谱传感平台app软件，所述多信号光谱传感平台app软件中预先记录有碱性磷酸酶的标准对照曲线，待测样品的所述光学仪器的光谱数据和比色图像导入多信号光学传感平台app软件后，所述智能终端通过数据分析后得出待测样品的碱性磷酸酶浓度。
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