[發明專利]一種基于人工智能的葡萄糖比色檢測方法

在審

• 申請號: 202111608555.0
• 申請日: 2021-12-23
• 公開（公告）號: CN114414507A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 曾景斌;馮帆;梁心怡;趙田雨;溫聰穎
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/78
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 王曉鳳

本發明提出了一種將班氏試劑與貴金屬納米顆粒偶聯的比色法檢測葡萄糖的方法，利用智能手機所具備的拍照功能記錄溶液顏色，通過引入人工神經網絡將人工智能集成到比色法中，從而使機器可以通過自學習的方式經過大量迭代來不斷優化每個節點的參數和權重并同時獲得訓練有素的分類器模型，將最終訓練好的模型導入智能手機，得到集拍照?取色?識別一體化并自動輸出對應尿糖濃度的APP軟件，進一步提升該方法使用的便捷性。AI輔助的智能手機檢測無需大型儀器和專業操作人員，同時也具有人眼識別的直觀性和簡易性，有望將光電傳感分析方法以便攜設備的形式廣泛推廣。

技術領域

本發明涉及圖像分析和定量的科學領域，尤其涉及一種基于人工智能的葡萄糖比色檢測方法。

背景技術

當光線入射到由貴金屬構成的納米顆粒(nanoparticles,NPs)上時，如若入射光子頻率與貴金屬納米顆粒電子的整體振動頻率相匹配時，納米顆粒會對光子能量產生很強的吸收作用，因而發生局域表面等離子體共振(localized surface plasmon resonance,LSPR)現象，在紫外光譜上出現一個強共振吸收峰，從而使納米溶膠呈現豐富的顏色。

近年來，利用貴金屬LSPR效應構建各類比色探針已成為分析化學研究領域的關注熱點，這是由于在各種分析檢測手段中，比色法克服了氣相色譜法、液相色譜法、電化學法等傳統大型儀器分析方法所存在的設備難以攜帶、樣本處理繁瑣、檢測時間長以及需要專業人員操作的缺陷，用較低的成本和簡易的操作即能可視化地實現對目標物的分析檢測。

比色法具有操作簡便、無需大型儀器、成本低和反饋迅速等優點，因此在現場檢測分析物方面廣受歡迎，但同時也受到難以準確定量檢測、對光線環境敏感以及人眼對顏色變化的低分辨率的因素的限制。

盡管比色法近年來已取得了長足的進展，但由光源類型和強度的變化、背景干擾以及不同人員對色彩識別的個體差異等原因帶來的誤差，使得比色法始終停留在定性和半定量檢測階段，精度和準確度均不夠理想，而想要獲得精準的吸光度數據又需依靠紫外-可見光分光光度儀等大型儀器。因而建立起顏色-分析物濃度的標準關系，并依此構建便攜式的比色分析設備，以解決對分析物快速、靈敏、更準確、無個體差異的比色分析方法，是比色法得以進一步發展和應用的重要途徑。

人工智能(Artificial Intelligence，AI)的發展給化學和生物傳感、顯微鏡和醫療診斷等領域帶來了新的思路，利用機器以自主學習的方式，替代人為地設計各種復雜的方程來描述圖像分類，不僅可以避免人類主觀觀察，甚至可以識別到裸眼無法辨識的微小差異。

血液中葡萄糖濃度過高對人體危害比較大，如果長期血糖濃度過高還好引起一些疾病。在中國，由于人民生活水平日益改善和不健康的飲食結構，導致很多人血液中葡萄糖濃度過高，很多血糖濃度高的人群需要每日檢測血糖水平。然而靜脈抽血或血管刺破不僅會給這些人群帶來痛苦，還會帶來潛在的風險，比如不滿足消毒條件會有感染的風險等。因而尿糖檢測對于血糖濃度的測量以及家庭化的持續監控具有重要意義,尤其是開發出一種集人工智能且快速、靈敏、成本低且易操作的葡萄糖檢測方法，對于實現家庭日常檢查和控制血糖水平迫在眉睫。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出了一種將班氏試劑與貴金屬納米顆粒偶聯的比色法檢測葡萄糖的方法，然后通過引入人工神經網絡將人工智能集成到比色法中，從而使機器可以通過自學習的方式經過大量迭代來不斷優化每個節點的參數和權重并同時獲得訓練有素的分類器模型，最后將該分類器編譯為與智能手機的Android環境兼容的APP，進一步提升該方法使用的便捷性。具體內容為：

一種基于人工智能的葡萄糖比色檢測方法，其特征在于，利用貴金屬局域表面等離子體共振特性，建立貴金屬納米比色探針實現對葡萄糖的檢測，針對葡萄糖比色探針，通過智能手機中的內置相機記錄溶液的顏色來建立神經網絡訓練體系,將最終訓練好的模型導入智能手機，得到檢測尿糖的APP。

優選的，所述貴金屬是金、銀、鉑、鈀中的任一種。