CN116429702A - 基于智能设备的样品显色快速分析检测方法及检测试剂盒 - Google Patents
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Abstract
本申请提出一种基于多功能智能设备程序的快速分析检测方法，首先，将外标、样品定量溶液分别滴加在检测试剂盒内的媒介载体上标准品、样品区域，其次，通过智能设备的读取装置，获取对剂盒内的媒介载体上的样品溶液和外标定量溶液的成像，然后，在智能设备的输入端口，输入外标定量溶液的浓度，运行智能设备中的定量程序，所述定量程序对上一步读取的颜色信息进行定量计算，快速检测样品。本申请还提供一种应用本发明所提出检测方法的检测试剂盒。本发明可用于各种智能终端，具有良好的便携性、低成本、可靠性、灵活性等优势，一次测定样品定量全过程所用时间不超过5分钟，可以实现对样品的快速分析，准确定量。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于智能设备程序的显色样品分析检测方法，属于智能设备比色样品分析技术领域。
背景技术
近年来，智能设备比色法已成为一种即时快速的现场样品检测技术，其广泛应用于生物、化学、医药、临床等领域。智能手机具备出色的成像能力，这帮助研究人员可以直接通过拍摄的方式快速获取样品信号。
尿酸是鸟类和爬行类的主要代谢产物，化学式是C5H4N4O3，微溶于水，易形成晶体。正常人体尿液中产物主要为尿素，含少量尿酸。尿酸是嘌呤代谢的终产物，为三氧基嘌呤，其醇式呈弱酸性。各种嘌呤氧化后生成的尿酸随尿排出。正常情况下，体内的尿酸大约有1200mg，每天新生成约600mg，同时排泄掉600mg，处于平衡的状态。但如果体内产生过多来不及排泄或者尿酸排泄机制退化，则体内尿酸滞留过多，当血液尿酸浓度大于7mg/dL时，导致人体体液变酸，长期置之不理将会引发痛风。另外，过于疲劳或是休息不足也可导致代谢相对迟缓进而导致痛风发病。
大黄素是一种有机物，为蓼科植物虎杖的干燥根茎和根。掌叶大黄的根茎，属植物型药剂。化学式为C15H10O5，橙黄色长针状结晶，在丙酮中结晶为橙色，甲醇中结晶为黄色，熔点256℃～257℃，具有蒽醌的特殊反应，几乎不溶于水，溶于乙醇及碱溶液。大黄素的生理活性决定它不仅可用于医疗，亦可以用于保健和日用化工品中，如有人把它用于护发和护肤品中，亦有人把它编入天然色素中去。国外，人们把它作为轻泻剂。
葡萄糖(glucose)是一种有机化合物，分子式为C6H12O6(多羟基醛)。是自然界分布最广且最为重要的一种单糖。葡萄糖在生物学领域具有重要地位，是活细胞的能量来源和新陈代谢中间产物，即生物的主要供能物质。植物可通过光合作用产生葡萄糖。在糖果制造业和医药领域有着广泛应用。纯净的葡萄糖为无色晶体，有甜味但甜味不如蔗糖，易溶于水，微溶于乙醇，不溶于乙醚。天然葡萄糖水溶液旋光向右，故属于“右旋糖”。
现有的传统实验室检测方法存在检测设备体积大、成本高、操作复杂等缺陷，通常只能用于实验室和医院，这限制了它们在资源有限的环境下的应用。相较于传统实验室方法，智能手机具有良好的便携性、低成本、可靠性、灵活性等优势。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对传统实验室检测方法存在的不足，提出一种快速便携的样品显色检测方法及检测试剂盒。
为解决以上技术问题，首先，本申请提供一种基于智能设备的样品显色快速分析检测方法，包括以下步骤：
步骤一：将外标定量溶液滴加在检测试剂盒内的媒介载体上标准品区域，将样品溶液滴加在检测试剂盒内的媒介载体上的样品区域，其中，所述样品溶液包括待测样品、显色试剂和/或催化剂；
步骤二：通过智能设备的读取装置，获取对剂盒内的媒介载体上的所述样品溶液和外标定量溶液的成像，所述智能设备的读取装置读取所述成像的颜色信息；
步骤三：在智能设备的输入端口，输入外标定量溶液的浓度，运行智能设备中的定量程序，所述定量程序对步骤二中读取的颜色信息进行定量计算，快速检测样品；
步骤四：输出样品检测结果至智能设备的显示终端。
其次，本申请还提供一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有智能设备程序，所述处理器被设置为运行所述智能手机程序以执行所述的方法。
同时，本申请还提供一种应用所述检测方法的检测试剂盒，所述检测试剂盒为提供前处理、显色检测功能的三维结构化试剂盒，包括芯片、感光底层和储液槽，其中，所述芯片开有多个样品储液槽用以平行测定样品或测定多组样品，所述储液槽用以盛放上述所涉试剂或溶液，所述感光底层用以通过但不限于修饰等手段，使目标体系呈现特征的颜色，并突出显示特征颜色；其中，所述试剂盒之间可并排组装使用，以达到高通量检测。
本发明采用以上技术方案，具有以下有益技术效果：
相较于传统实验室方法，本申请提供的基于只能设备的样品显色快速分析方法，可用于各种智能终端，具有良好的便携性、低成本、可靠性、灵活性等优势。并且在过去的数十年中，基于智能终端的各种检测系统已逐渐成为一种小型化、廉价的现场检测分析平台，因此，通过本申请的检测方法在快速便携式的样品分析检测领域具备较好发展前景。
应用本申请基于智能设备的样品显色快速分析检测方法能够得到良好的线性、准确度及重复性。且通过比较手机与紫外-分光光度计的结果，证明采用本方法测量准确度较高。说明此手机比色检测方法可完成样品的准确定量，在对图片进行分析后，只要能够找到与待测物浓度变化相关的色度值，就可以建立关系，从而达到准确定量的目的。
另外，本申请的检测用试剂盒可以组合，针对图像采集设备的采集区域，可以并列放置多个试剂盒，从而大大提高检测的通量。
附图说明
图1：本申请实施例1中标准曲线溶液和未知浓度大黄素溶液检测示例；
图2：本申请实施例1横坐标-浓度(μg/mL)与纵坐标-色度值(G)之间的标准曲线(手机)；
图3：本申请一实施例试剂盒结构图；
图4：本申请实施例1浓度(μg/mL)与吸光度(A)之间的标准曲线(UV)；
图5：本申请实施例1大黄素显色重复性实验；
图6：本申请实施例1横坐标-浓度(μg/mL)与纵坐标-色度值(G)之间的标准曲线；
图7：本申请实施例2尿酸标准溶液及样品图(溶液C)；
图8：本申请实施例2尿酸浓度与色度值(B)之间的标准曲线(溶液C)；
图9：本申请实施例3重复性实验示例(溶液B)；
图10：本申请实施例3葡萄糖浓度与色度值(R)的标准曲线(溶液B)。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例，仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
本申请提供一种基于智能设备的样品显色快速分析检测方法，包括以下步骤：
步骤一：将外标定量溶液滴加在检测试剂盒内的媒介载体上标准品区域，将样品溶液滴加在检测试剂盒内的媒介载体上的样品区域，其中，所述样品溶液包括待测样品、显色试剂和/或催化剂；
步骤二：通过智能设备的读取装置，获取对剂盒内的媒介载体上的所述样品溶液和外标定量溶液的成像，所述智能设备的读取装置读取所述成像的颜色信息；
步骤三：在智能设备的输入端口，输入外标定量溶液的浓度，运行智能设备中的定量程序，所述定量程序对步骤二中读取的颜色信息进行定量计算，快速检测样品；
步骤四：输出样品检测结果至智能设备的显示终端。
在一实施例中，所述检测方法采用外标法定量，步骤一中所用外标定量溶液为具有颜色梯度变化的已知浓度待测样品溶液。
在一实施例中，检测样品采用多平行测定的方式，取平均值。
在一实施例中，步骤二中获取样品成像包括具有拍照摄像功能的设备拍摄的图片。
在一实施例中，步骤三中的定量程序，具体过程包括：通过智能设备的读取装置读入标准品区域，读取所加载标准品区域的RGB和HSV颜色空间颜色均值，并输出至智能设备的显示终端；在输入位置输入对应标准品浓度，以建立外标标准曲线，全部外标标准品图像及浓度录入完毕后，得到拟合外标标准曲线；读入样品区域，根据样品的图像颜色信息，代入标准曲线，完成样品浓度计算。
在一实施例中，所述显色试剂包括但不限于混合碱和3,3′5,5′-四甲基联苯胺。
在一实施例中，所述催化剂包括但不限于葡萄糖氧化酶、尿酸氧化酶和辣根过氧化酶。
在一实施例中，所述智能设备包括智能手机、平板电脑及其他便携式设备。
本申请一实施例提供一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有智能设备程序，所述处理器被设置为运行所述智能手机程序以执行所述的方法。
本申请一实施例提供一种应用所述检测方法的检测试剂盒，所述检测试剂盒为提供前处理、显色检测功能的三维结构化试剂盒，包括芯片、感光底层和储液槽，其中，所述芯片开有多个样品储液槽用以平行测定样品或测定多组样品，所述储液槽用以盛放上述所涉试剂或溶液，所述感光底层用以通过但不限于修饰等手段，使目标体系呈现特征的颜色，并突出显示特征颜色；其中，所述试剂盒之间可并排组装使用，以达到高通量检测。
在一实施例中，所述检测试试剂盒可以装载一个或多个芯片，所述储液槽为正方形，边长为3至10mm，所述储液槽的凹槽深度为0.5至10mm。
实施例一大黄素显色实验
大黄素是蒽醌类化合物的一种，具有特殊反应，几乎不溶于水，溶于乙醇及碱溶液，在碱性溶液中会显红～紫红色反应(Borntrager反应),此反应是鉴定中草药中羟基蒽醌类成分存在的最常用方法之一。因此，在本实施例中，以混合碱作为显色试剂(10％ NaOH和4％ NH4OH等体积比混合)，随着大黄素浓度的增加，溶液红色会出现从浅到深的变化。因此利用此变化与色度值(RGBHSV)之间的关系建立了能够快速定量的手机检测方法。需要说明的是，图1为本发明所提出的检测试剂盒内部可拍摄取样的芯片部分。具体地，样品及标准品滴加完毕后，将取样设备置于样品或试剂盒上部进行拍摄取样；如果是集成检测设备，则将样品及标准品放入样品架后，通过成像设备拍摄取样，取样完成后，通过本发明程序的算法完成样品信号提取(包括样品颜色值)，通过程序读出的标准品信号值与相应标准品浓度进行拟合建模，可以发现，对于大黄素快速检测，样品及标准品浓度与RGB颜色空间颜色值(G)存在线性关系；因此，本发明使用标准品建模，然后选用样品的G颜色值反算样品浓度。另外，为了进一步验证结果的准确性还利用紫外-分光光度计(520nm)进行定量检测。
标准溶液的配制：精密称取大黄素标准品2mg，置于20mL容量瓶中，加混合碱溶液溶解并定容至刻度线，得到100μg/mL的储备液。精密吸取0、0.5、1、2.5、5mL储备液分别于10mL容量瓶中，加混合碱溶液定容至刻度线，摇匀，得到6个不同浓度的标准溶液(0、5、10、25、50、100μg/mL)。
将所得到的6个已知浓度的标准溶液和3个未知浓度的大黄素溶液分别在手机和紫外-分光光度计(UV)下进行检测。手机检测方式如图1所示。
准确吸取50μL不同浓度的大黄素溶液，滴入芯片中，第一排为6个已知浓度的标准溶液，第二排为3个未知浓度的的大黄素样品，每个浓度重复滴加两次。以大黄素的浓度(c)与色度值(G)之间的关系作标准曲线，得到结果如下所示：
利用存储有本发明所提出的智能设备程序的手机对图像的数据进行提取，其结果如表1-表4所示，表1为图1中第一行标准溶液的结果，表2为样品S1-1～S1-6平行数据结果。
表1：标准品浓度及信号值
| Concentration(μg/mL) | R | G | B | H | S | V |
| 0(f) | 241 | 239 | 223 | 53 | 7 | 95 |
| 5(a) | 247 | 230 | 222 | 19 | 10 | 97 |
| 10(b) | 242 | 213 | 204 | 14 | 16 | 95 |
| 25(c) | 246 | 177 | 180 | 357 | 28 | 96 |
| 50(d) | 247 | 109 | 142 | 346 | 56 | 97 |
| 100(e) | 236 | 19 | 72 | 345 | 92 | 93 |
表2：样品信号值
| R | G | B | H | S | V | |
| Sample S1-1 | 244 | 220 | 210 | 18 | 14 | 96 |
| Sample S1-2 | 246 | 219 | 210 | 15 | 15 | 96 |
| Sample S1-3 | 246 | 149 | 160 | 353 | 39 | 96 |
| Sample S1-4 | 246 | 149 | 161 | 353 | 39 | 96 |
| Sample S1-5 | 230 | 48 | 88 | 347 | 79 | 90 |
| Sample S1-6 | 230 | 39 | 82 | 346 | 83 | 90 |
通过对上述表格中的数据进行考察，对于红色显色溶液，其浓度与RGB通道中G通道的数值有着较为明显的线性相关关系。将任意六组标准溶液(以0、5、10、25、50、100μg/mL六个点为例)G值与浓度进行拟合，得到图2的标准曲线。此红色溶液的色度值G与大黄素的浓度有更明显的相关性，因此，以大黄素浓度为横坐标，色度值G为纵坐标得到如图2所示的标准曲线，标准曲线方程已在图2中标识。
根据上述标准曲线，将三个样品的G通道数值代入方程即可获得对应的计算浓度，结果如表3所示。
表3：大黄素实际测定浓度(手机)
以上实验在如下图3所示试剂盒中进行，该试剂盒为针对大黄素样品检测设计，该试剂盒由感光底层、以及储液槽构成。采取可拆卸式条状芯片设计，每条芯片可滴加6个样品，最多可同时装载4条芯片，同时可以滴加24个样品。另外，试剂盒也可以组合，针对图像采集设备的采集区域，可以并列放置多个试剂盒，从而大大提高检测的通量。在此实验中，利用该试剂盒，同时兼顾了最优的样品颜色信号及样品用量，也考虑了应用成本。对于大黄素样品的检测，本申请的试剂盒检测方案克服了传统试纸条等方法的样品操作复杂、携带不便、滴加不均、颜色不均、样品颜色信号弱以及背景杂乱等问题，更稳定、准确的完成了样品检测。
为了进一步验证结果的准确性，将上述标准品与未知浓度溶液在UV下以520nm为吸收波长进行测定，以浓度(c)为横坐标，吸光度(A)为纵坐标绘制标准曲线如图4。将未知浓度点的吸光度(A)带入以上标曲，得到实际结果如下所示。
表4：大黄素实际检测浓度(UV)
由上述结果可知，相同的溶液在手机下测得的浓度分别7.32、38.70、84.37，在UV下测得的浓度分别为7.67、36.07、82.30，比较发现手机检测方法简便，数据准确。
另外，分别验证了在三个不同浓度下检测结果的重复性，每个浓度重复滴六次，最后一排为标准曲线浓度点，得到结果如图5所示。
利用存储有本发明所提出的智能设备程序的手机对图像的数据进行提取，其结果如表5-表8所示，表5为图5中第四行标准品溶液的测定结果，表6-表8分别为样品1、2、3六平行数据结果。
表5：重复性实验中标准品浓度及信号值
表6：重复性实验中样品1信号值
| R | G | B | H | S | V |
| 228 | 209 | 195 | 25 | 14 | 89 |
| 227 | 208 | 194 | 25 | 15 | 89 |
| 233 | 214 | 200 | 25 | 14 | 91 |
| 238 | 219 | 205 | 25 | 14 | 93 |
| 236 | 217 | 202 | 26 | 14 | 93 |
| 234 | 215 | 201 | 25 | 14 | 92 |
表7：重复性实验中样品2信号值
表8：重复性实验中样品3信号值
| R | G | B | H | S | V |
| 238 | 126 | 148 | 348 | 47 | 93 |
| 243 | 132 | 151 | 350 | 46 | 95 |
| 241 | 129 | 151 | 348 | 46 | 95 |
| 245 | 134 | 153 | 350 | 45 | 96 |
| 249 | 135 | 157 | 348 | 46 | 98 |
| 237 | 136 | 155 | 349 | 43 | 93 |
通过对上述表格中的数据进行考察，对于大黄素溶液，进一步确定了其浓度与RGB通道中G通道的数值有着较为明显的线性相关关系。再次使用六组标准溶液G值与浓度进行拟合，得到图5的标准曲线具体参见图6，标曲方程已在图6中给出。
表9：重复性实验结果
根据上述标准曲线，将三个样品的G通道数值代入方程即可获得对应的计算浓度，结果如表9所示。从表9结果可知，三个不同浓度大黄素溶液的六平行检测结果的RSD均未高于9％(n＝6)。此大黄素显色实验结果显示了良好的线性和重复性。
为了进一步验证结果的准确性，将上述标准品与未知浓度溶液在UV下以520nm为吸收波长进行测定，结果如表10所示。
表10：重复性实验结果(紫外)
由以上实验结果可知，应用此手机检测方法能够得到良好的线性、准确度及重复性。且通过比较手机与紫外-分光光度计的结果，证明采用本方法测量大黄素的准确度较高。说明此手机比色检测方法可完成大黄素样品的准确定量，在对图片进行分析后，只要能够找到与待测物浓度变化相关的色度值，就可以建立关系，从而达到准确定量的目的。
实施例二尿酸显色实验
使用基于智能手机图像的比色检测方法对尿酸进行定量检测，样品制备方法如下：尿酸在尿酸氧化酶的作用下生成过氧化氢和葡萄糖醛酸，过氧化氢在辣根过氧化酶(HRP)的催化作用下使无色的3,3′5,5′-四甲基联苯胺(TMB)变成蓝色偶氮化合物，用盐酸或硫酸终止后，TMB产物由蓝色变为黄色。随着尿酸浓度的变化，黄色溶液也会随之变化。基于此颜色变化，考察了手机比色检测方法在尿酸检测中的适用性。
材料：
尿酸氧化酶(2mg/mL)，TMB溶液(1mg/mL，乙醇)，HRP溶液(1mg/mL)，醋酸钠-醋酸缓冲溶液(pH＝5)，尿酸标准溶液(5μmol/mL)。
实验方法：
(1)将50μL 2mg/mL尿酸氧化酶加入100μL不同浓度的尿酸标准溶液中，37℃下孵育10min，得到溶液A。
(2)将50μL 1mg/mL辣根过氧化酶和50μL TMB溶液加入上述A溶液中，加醋酸钠-醋酸缓冲溶液至1mL。混合溶液在37℃下避光显色30min，得到蓝色溶液B。
(3)取500μL溶液B以等体积0.1mol/L硫酸终止反应，得到黄色溶液C，进行比色实验。
为了验证本检测方法的可行性，将尿酸标准溶液稀释至0.05、0.5、0.75、1、1.25、1.5、2、2.5μmol/mL，经过显色反应得到溶液C后，分别选取6个浓度点，吸取50μL溶液滴入芯片中，以验证线性。另外，将三个不同浓度的尿酸定量样品溶液分别滴六次于芯片中，以验证重复性。样品及标准品滴加完毕后，将取样设备置于样品或试剂盒上部进行拍摄取样；如果是集成检测设备，则将样品及标准品放入样品架后，通过成像设备拍摄取样，取样完成后，通过本发明程序的算法完成样品信号提取(包括样品颜色值)，通过程序读出的标准品信号值与相应标准品浓度进行拟合建模，可以发现，对于尿酸快速检测，样品及标准品浓度与RGB颜色空间颜色值(B)存在线性关系；需要说明的是，图7为本发明所提出的检测试剂盒内部可拍摄取样的芯片部分。因此，本发明使用标准品建模，然后选用样品的B颜色值计算样品浓度。当滴加完目标试剂之后，采集标准溶液以及样品的图像结果如图7所示：
利用存储有本发明所提出的智能设备程序的手机对图像的数据进行提取，其结果如表11-表14所示，表11为图7中第一行标准溶液的结果，表12-表14分别为样品S2-1、S2-2、S2-3六平行数据结果。
表11：标准品浓度及信号值
表12：样品S2-1信号值
表13：样品S2-2信号值
| R | G | B | H | S | V |
| 220 | 222 | 78 | 61 | 76 | 93 |
| 214 | 217 | 88 | 61 | 71 | 92 |
| 214 | 217 | 91 | 61 | 71 | 93 |
| 220 | 223 | 83 | 61 | 71 | 93 |
| 235 | 237 | 71 | 61 | 77 | 95 |
| 231 | 231 | 74 | 60 | 74 | 95 |
表14：样品S2-3信号值
| R | G | B | H | S | V |
| 204 | 205 | 37 | 60 | 92 | 93 |
| 207 | 207 | 32 | 60 | 95 | 93 |
| 221 | 221 | 19 | 60 | 97 | 94 |
| 217 | 217 | 32 | 60 | 96 | 94 |
| 214 | 214 | 31 | 60 | 96 | 94 |
| 223 | 222 | 19 | 60 | 98 | 95 |
通过对上述表格中的数据进行考察，对于黄色显色溶液，其浓度与RGB通道中B通道的数值有着较为明显的线性相关关系。将任意六组标准溶液(以0.05、0.5、0.75、1.25、1.5、2μmol/mL六个点为例)B值与浓度进行拟合，得到图8的标准曲线。此黄色溶液C的色度值B与尿酸的浓度有更明显的相关性，因此，以尿酸浓度为横坐标，色度值B为纵坐标得到如图8所示的标准曲线，得到的标准曲线方程为：y＝-77.51x+167.66。
根据上述标准曲线，将S2-1、S2-2、S2-3的B通道数值代入方程即可获得对应的计算浓度，结果如表15所示。从表15结果可知，三个不同浓度尿酸溶液的六平行检测结果的RSD均未高于10％(n＝6)。此尿酸显色实验结果显示了良好的线性和重复性。
表15：重复性实验结果(溶液C)
对于上述S1、S2、S3样品，经计量后的紫外可见分光光度法测量，所测得的实际浓度如表6所示。此方法与标准方法测得的结果近似，证明采用本方法测量尿酸的准确度较高。说明此手机比色检测方法可完成尿酸样品的准确定量，在对图片进行分析后，只要能够找到与待测物浓度变化相关的色度值，就可以建立关系，从而达到准确定量的目的。
表16：样品标准结果(溶液C)
| Sample | 浓度(μmol/mL) |
| S2-1 | 0.27 |
| S2-2 | 1.07 |
| S2-3 | 1.77 |
以上实验在图3所示试剂盒中进行，该试剂盒为针对尿酸样品检测设计，该试剂盒由感光底层、以及储液槽构成。采取可拆卸式条状芯片设计，每条芯片可滴加6个样品，最多可同时装载4条芯片，同时可以滴加24个样品。另外，试剂盒也可以组合，针对图像采集设备的采集区域，可以并列放置多个试剂盒，从而大大提高检测的通量。在此实验中，利用该试剂盒，同时兼顾了最优的样品颜色信号及样品用量，也考虑了应用成本。对于尿酸样品的检测，本申请的试剂盒检测方案克服了传统试纸条等方法的样品操作复杂、携带不便、滴加不均、颜色不均、样品颜色信号弱以及背景杂乱等问题，更稳定、准确的完成了尿酸样品检测。
实施例3葡萄糖显色实验
使用基于智能手机图像的比色检测方法对葡萄糖进行定量检测，葡萄糖在葡萄糖氧化酶的作用下生成过氧化氢和葡萄糖醛酸，过氧化氢在辣根过氧化酶(HRP)的催化作用下使无色的3,3′5,5′-四甲基联苯胺(TMB)变成蓝色偶氮化合物。随着葡萄糖浓度的变化，蓝色溶液也会随之变化。基于此颜色变化，考察了手机比色检测方法在葡萄糖检测中的适用性。
材料：葡萄糖氧化酶(2mg/mL)，TMB溶液(1mg/mL，乙醇)，HRP溶液(1mg/mL)，醋酸钠-醋酸缓冲溶液(pH＝5)，葡萄糖标准溶液(5μmol/mL)。
实验方法：(1)将50μL 2mg/mL葡萄糖氧化酶加入100μL不同浓度的葡萄糖标准溶液中，37℃下孵育10min，得到溶液A。(2)将50μL 1mg/mL辣根过氧化酶和50μL TMB溶液加入上述A溶液中，加醋酸钠-醋酸缓冲溶液至1mL。混合溶液在37℃下避光显色30min，得到蓝色溶液B，进行比色实验。
为了验证本检测方法的可行性，将葡萄糖标准溶液稀释至0.05、0.5、0.75、1、1.25、1.5、2、2.5μmol/mL，经过显色反应得到溶液B后，分别选取6个浓度点，吸取50μL溶液滴入芯片中，以验证线性。另外，将三个不同浓度的葡萄糖溶液分别滴六次于芯片中，以验证重复性。需要说明的是，图9为本发明所提出的检测试剂盒内部可拍摄取样的芯片部分。样品及标准品滴加完毕后，将取样设备置于样品或试剂盒上部进行拍摄取样；如果是集成检测设备，则将样品及标准品放入样品架后，通过成像设备拍摄取样，取样完成后，通过本发明程序的算法完成样品信号提取(包括样品颜色值)，通过程序读出的标准品信号值与相应标准品浓度进行拟合建模，可以发现，对于葡萄糖快速检测，样品及标准品浓度与RGB颜色空间颜色值(R)存在线性关系；因此，本发明使用标准品建模，然后后选用样品的R颜色值反算样品浓度。拟合所得标准曲线方程为：y＝-56.022x+211.66得到结果如下所示：
利用存储有本发明所提出的智能设备程序的手机对图9的数据进行提取，其结果如表18-表21所示，表18为图9中第一行标准溶液的结果，表18-表20分别为样品S3-1、S3-2、S3-3六平行数据结果。
表17：标准品浓度及信号值
表18：样品S3-1信号值
| R | G | B | H | S | V |
| 196 | 176 | 178 | 187 | 10 | 94 |
| 192 | 176 | 180 | 191 | 12 | 92 |
| 195 | 176 | 180 | 191 | 12 | 93 |
| 199 | 181 | 184 | 188 | 12 | 94 |
| 201 | 182 | 187 | 192 | 13 | 95 |
| 201 | 176 | 180 | 192 | 11 | 95 |
表19：样品S3-2信号值
| R | G | B | H | S | V |
| 161 | 165 | 173 | 189 | 30 | 91 |
| 158 | 164 | 173 | 191 | 29 | 91 |
| 158 | 169 | 178 | 190 | 31 | 91 |
| 158 | 165 | 176 | 192 | 31 | 91 |
| 160 | 165 | 177 | 193 | 31 | 92 |
| 163 | 168 | 178 | 192 | 29 | 94 |
表20：样品S3-3信号值
| R | G | B | H | S | V |
| 76 | 154 | 164 | 188 | 46 | 76 |
| 76 | 152 | 167 | 191 | 50 | 78 |
| 69 | 153 | 167 | 190 | 51 | 82 |
| 71 | 153 | 168 | 191 | 48 | 83 |
| 70 | 149 | 161 | 190 | 45 | 82 |
| 73 | 162 | 178 | 191 | 51 | 84 |
通过对上述表格中的数据进行考察，对于蓝色显色溶液，其浓度与RGB通道中R通道的数值有着较为明显的线性相关关系。将任意六组标准溶液(以0.05、0.5、1、1.5、2、2.5μmol/mL六个点为例)R值与浓度进行拟合，得到图10的标准曲线。此蓝色溶液的色度值R与葡萄糖的浓度有更明显的相关性，因此，以葡萄糖浓度为横坐标，色度值R为纵坐标得到如图10所示的标准曲线，得到的标准曲线方程为：y＝-56.022x+211.66。
根据上述标准曲线，将S3-1、S3-2、S3-3的R通道数值代入方程即可获得对应的计算浓度，结果如表21所示。从表21结果可知，三个不同浓度的检测结果的RSD均小于25％(n＝6)。此葡萄糖显色实验结果显示了良好的线性和重复性。
表21：重复性实验结果
对于上述S3-1、S3-2、S3-3样品，经计量后的紫外可见分光光度法测量，所测得的实际浓度如表22所示。此方法与标准方法测得的结果近似，证明采用本方法测量葡萄糖的准确度较高。说明此手机比色检测方法可完成葡萄糖样品的准确定量，在对图片进行分析后，只要能够找到与待测物浓度变化相关的色度值，就可以建立关系，从而达到准确定量的目的。
表22：样品标准结果
以上实验在如图3所示试剂盒中进行，该试剂盒为针对葡萄糖样品检测设计，该试剂盒由感光底层、以及储液槽构成。采取可拆卸式条状芯片设计，每条芯片可滴加6个样品，最多可同时装载4条芯片，同时可以滴加24个样品。另外，试剂盒也可以组合，针对图像采集设备的采集区域，可以并列放置多个试剂盒，从而大大提高检测的通量。在此实验中，利用该试剂盒，同时兼顾了最优的样品颜色信号及样品用量，也考虑了应用成本。对于葡萄糖样品的检测，本申请的试剂盒检测方案克服了传统试纸条等方法的样品操作复杂、携带不便、滴加不均、颜色不均、样品颜色信号弱以及背景杂乱等问题，更稳定、准确的完成了葡萄糖样品检测。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来书，在不脱离本发明的原理的前提下，还可以作数若干改进和润饰，这些改进和润饰也应当视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于智能设备的样品显色快速分析检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将外标定量溶液滴加在检测试剂盒内的媒介载体上标准品区域，将样品溶液滴加在检测试剂盒内的媒介载体上的样品区域，其中，所述样品溶液包括待测样品、显色试剂和/或催化剂；
步骤二：通过智能设备的读取装置，获取对剂盒内的媒介载体上的所述样品溶液和外标定量溶液的成像，所述智能设备的读取装置读取所述成像的颜色信息；
步骤三：在智能设备的输入端口，输入外标定量溶液的浓度，运行智能设备中的定量程序，所述定量程序对步骤二中读取的颜色信息进行定量计算，快速检测样品；
步骤四：输出样品检测结果至智能设备的显示终端。
2.根据权利要求1所述的基于智能设备的样品显色快速分析检测方法，其特征在于，所述检测方法采用外标法定量，步骤一中所用外标定量溶液为具有颜色梯度变化的已知浓度待测样品溶液。
3.根据权利要求1所述的基于智能设备的样品显色快速分析检测方法，其特征在于，检测样品采用多平行测定的方式，取平均值。
4.根据权利要求1所述的基于智能设备的样品显色快速分析检测方法，其特征在于，步骤二中获取样品成像包括具有拍照摄像功能的设备拍摄的图片。
5.根据权利要求1所述的基于智能设备的样品显色快速分析检测方法，其特征在于，步骤三中的定量程序，具体过程包括：通过智能设备的读取装置读入标准品区域，读取所加载标准品区域的RGB和HSV颜色空间颜色均值，并输出至智能设备的显示终端；在输入位置输入对应标准品浓度，以建立外标标准曲线，全部外标标准品图像及浓度录入完毕后，得到拟合外标标准曲线；读入样品区域，根据样品的图像颜色信息，代入标准曲线，完成样品浓度计算。
6.根据权利要求1所述的基于智能设备的样品显色快速分析检测方法，其特征在于，所述显色试剂包括但不限于混合碱和3,3′5,5′-四甲基联苯胺。
7.根据权利要求1所述的基于智能设备的样品显色快速分析检测方法，其特征在于，所述催化剂包括但不限于葡萄糖氧化酶、尿酸氧化酶和辣根过氧化酶。
8.根据权利要求1所述的基于智能设备样品的显色快速分析检测方法，其特征在于，所述智能设备包括智能手机、平板电脑或其他便携式设备。
9.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有智能设备程序，所述处理器被设置为运行所述智能手机程序以执行权利要求1至8任一项中所述的方法。
10.一种应用权利要求1至8任一项中所述检测方法的检测试剂盒，其特征在于，所述检测试剂盒为提供前处理、显色检测功能的三维结构化试剂盒，包括芯片、感光底层和储液槽，其中，所述芯片开有多个样品储液槽用以平行测定样品或测定多组样品，所述储液槽用以盛放上述所涉试剂或溶液，所述感光底层用以通过但不限于修饰手段，使目标体系呈现特征的颜色，并突出显示特征颜色；其中，所述试剂盒之间可并排组装使用，以达到高通量检测。
Priority Applications (1)
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| CN202211657360.XA CN116429702A (zh) | 2022-12-22 | 2022-12-22 | 基于智能设备的样品显色快速分析检测方法及检测试剂盒 |
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Family Applications (1)
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- 2022-12-22 CN CN202211657360.XA patent/CN116429702A/zh active Pending
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