随着互联网快速发展,互联移动终端普及非常之快。近些年,智能手机越来越功能化,以至于它的利用也不仅局限于日常生活的使用,科研工作者还开发了多种基于智能手机的便携化检测设备。这无疑推动了基于智能手机在POCT（point-of-care test,POCT）分析的发展。这种便携式设备的开发主要依赖于以下几个因素。第一,相对于传统的实验室器材,智能手机体积小重量轻而且被广泛拥有。第二,手机集成的相机、光源、多种传感器等,其中相机性能高速发展,使得其分辨率、灵敏度、信噪比等都已经非常强大。相机的核心感光器件是CMOS光电传感器,可以将采集的光信号转化为电信号,进而对信号进行储存。当样品包含颜色信息（反射或者透射）时,这种储存方式就为准确的比色分析奠定了基础。这使得手机内置摄像头不仅仅局限于对物体形貌的拍摄,它为与光电感应相关的检测方式提供了新思路。第三,手机自身的通讯工具属性使得传输共享数据非常容易。所以,使用手机内置功能进行化学分析可以轻松地在没有复杂而笨重设备的情况下进行及时检测。这意味着智能手机为检测工作提供了一个手持移动平台。本研究将利用智能手机以上优势,开发基于智能手机的便携化检测设备。首先,设计并制造了基于手机的便携化拍照装置,解决了基于智能手机的比色分析中由于环境光影响造成的信号不稳定和镜面反射容易引起的局部过曝光难题,并成功将其应用在基于微流控芯片的比色分析。其次,为了充分发挥智能手机对于微流控芯片中微米级部位分析的作用,开发了便携式显微分析装置,实现了对微米级样品的比色分析。最后,在前面设计的基础上引入光谱分析装置,开发并制造了便携式显微光谱分析装置。另外,制造了一种旋转式的液柱芯片,该芯片利用了液体的表面张力和重力的共同作用对微量液滴进行拉升。通过控制上下芯片对液体的接触面积来对液柱形貌进行优化,并使它与我们开发的基于智能手机的便携式光谱检测设备配合使用以实现高通量微液体的光谱比色分析。分析的结果凸显了基于智能手机的高通量微量液滴光谱检测芯片的即时检测能力,实现了同时对微米级样品形貌和光谱的采集,为POCT提供新的检测手段。本文主要研究内容如下:1、基于智能手机的无需外光源的比色检测成像盒基于智能手机的比色分析非常适合即时检测应用。但是,图像质量通常会受到照明不均匀和不可再现的困扰,这会对比色分析的准确性产生负面影响。本工作提出了一种利用智能手机自身光源进行照明的成像盒,有效消除了环境光对分析的干扰。此外,照片的局部过曝光会严重影响样品的颜色信号,从而对结果造成不利影响。该装置设计了与智能手机光源耦合的V形光导管,将垂直光源导向成像盒内壁两侧,从而避免照片由于光源镜像造成的局部过曝光现象。通过数值模拟验证了光导管可以建立理想的漫反射光条件,消除了微流控芯片的镜面反射。此外,使用开发的成像盒拍摄并分析了在纸条上进行的葡萄糖测试和在透明微通道上进行酶联免疫吸附测定（ELISA）的彩色图像。结果显示,此装置可以减少测定差异并提高了最低检测限,突出了基于智能手机的比色分析系统在即时检验应用中的潜力。2、基于智能手机的背光照明式显微图像采集装置在即时检测的应用基于智能手机的图像分析系统对于即时检测应用非常有利。但是,由于微流控装置高度小型化,只有在放大时才能清晰地观察到其微观通道。此外,大部分生物样品在透射光中检测更加合适。为了解决这些问题,本工作提出了一种显微成像盒,将智能手机的内置光源转换为均匀的背光照明光源,避免反射照明引起的局部过曝光干扰。通过在成像盒中嵌入了无畸变透镜,实现对微型样本的无畸变放大。构建的基于智能手机的显微成像系统可以清晰地拍摄宽度约为25μm的微通道的比色信号。并通过应用BCA标准蛋白测定方法对不同浓度蛋白进行了微量液体的比色信号分析。此外,制造了用于进行ABO血液分型的微流控芯片。使用所搭建的系统对检测结果进行分析,发现可以在3μL血液样品下清晰观察到诱导凝血的显微图像。这些结果凸显了基于智能手机的显微成像装置在即时检测方面的潜力。3、基于智能手机的便携式显微光谱/成像系统基于智能手机的分析系统非常适合即时医疗测试应用。应用智能手机对样品的比色分析也在POCT中凸显了巨大的优势,但这种分析方法仍然无法达到光谱分析的灵敏度。本工作提出了一种新颖的显微光谱/成像系统,该系统包括便携式光谱仪作为光学传感器和自制的紧凑型显微成像系统以获取微小样品的图像。另外,本研究设计构建了新型液柱芯片,使它与便携式显微光谱/成像系统配合使用以实现微液体的比色分析。本研究首先对洋葱内表皮细胞和乳腺癌细胞进行成像,证明了该装置在生物显微成像方面的功能。然后通过测试薄膜二极管（TFD）屏幕的子像素（TFD屏幕中的每一个像素点是由RGB三个子像素构成）,证明了使用所提出的便携式设备即时获得形貌和光谱信息的能力。最后,在液柱芯片上利用BCA蛋白检测方法对不同浓度的标准蛋白进行了显微光谱采集与成像。证明了基于智能手机的显微光谱成像系统在微样品成像与光谱分析的能力,这些结果凸显了其在进行即时检测的潜力。