低成本、体积可控的试纸条尿液分析法用于家庭检测

尿液分析试纸的手动操作依赖于良好的技术以及与比色卡颜色进行及时比对，但通过自动化关键步骤，我们可以消除潜在的误差来源，并实现居家检测。因此，该设备具有可定制性，制造成本低廉且易于组装，可在任何环境中用于执行自动尿液分析。

尽管在制造步骤中进行关键测量对于确保设备稳定运行十分必要，但该装置的实现过程简单，且能提供准确可靠的结果。首先在合适的计算机辅助设计软件中设计装置，然后使用激光切割机加工进样口盖板、顶板、滑片和盒体，并通过3D打印机将其打印成基于尿液分析装置的板件。使用砂纸打磨基板上凸缘之间顶面区域，以粗糙化表面。

组装入口和顶板时，使用丙烯酸胶水将入口盖粘接到顶板的入口孔位置。用胶带覆盖底板的凸缘部分，手持疏水喷雾剂罐距离约20至30厘米，对底板、顶板和载玻片均匀喷涂4到8层。干燥后，装置应呈现乳白色外观。

等待底板完全干燥12小时后，从凸缘处移除胶带。当喷涂层完全干燥后，将制备好的顶板与底板的凸缘对齐，并使用丙烯酸胶水将两部分粘合在一起，形成板套。然后使用夹具在干燥过程中固定两部分。

在设备干燥的同时，从制造商网站下载一个二维码，并使用在线二维码生成器将其生成并打印到商用乙烯基图表贴纸上。将所需的二维码和图表打印在带有粘性背衬的纸张上。将二维码放置在通孔行旁边第一个通孔右侧0.17英寸处，并使用透明胶带覆盖并固定二维码于载玻片上。

然后将乙烯基图表贴纸贴到板套上，使其与每个通孔对齐。为准备测试，请从 GitHub 下载尿液检测移动应用程序，并将该应用安装到手机上。阅读说明书，并调整分析物名称和读取时间，使其与所用试纸条的参数相匹配。

将试纸条插入板套下方的通孔中，并将板套放入盒内，使缺口与盒上的缝隙对齐。将载玻片插入板套中，使通孔与进样口对齐，并将手机放置在盒子顶部，背面摄像头镜头对准观察通孔。确认手机位置能够通过摄像头镜头获取试纸条的图像，然后启动尿液检测应用程序。

然后调整手机位置，使试纸条与屏幕上黑色矩形覆盖区域的边界对齐，点击“开始”以启动测试。要分析尿液样本，请使用一次性聚乙烯移液管将约 500 µL 尿液滴加到进样孔中，并将载玻片推入板套，直至其被底板顶部挡住，以启动测试。此处可观察到使用高性能智能手机进行尿液分析测试的代表性结果。

正如预期，试纸条在接触水时颜色未发生变化。标准尿液的最终结果对应于正常的尿糖阈值水平，而高葡萄糖条件下的最终结果则高于正常值。需要注意的是，正确的读数需在30秒后才能获得，这说明了正确设置读取时间间隔的重要性。

使用图像分辨率和闪光灯性能较低的智能手机时，试纸条检测区域的颜色和图像质量明显下降。然而，智能手机应用程序用于尿液分析测试的比色算法，尽管试纸垫上颜色的视觉外观存在差异，仍能得出相同的分析物浓度结果。将自动尿液分析设备获得的结果与传统的浸入-擦拭方法以及商业尿液标准品得到的结果进行比较后发现，自动尿液分析设备系统的准确性取决于转移至每个试纸垫上的液体体积。

因此，该装置必须能够准确且稳定地将所需尿液体积转移至试纸条的试剂垫上。该技术的一个局限性在于，疏水涂层在频繁使用后可能会发生剥落，从而改变转移的液体体积，并可能降低检测准确性。此外，丙烯酸粘合部分在反复测试后也可能出现强度下降。

该方案可通过调整计时器和手机应用程序，适用于不同品牌的任何类型试纸条。该方法即使由未经培训的人员操作，也能提高结果的准确性，表明其适用于患者自行检测。