目前在生物医学检测中的方法主要是电化学方法和光学方法（比色法、荧光法等）,虽然电化学和荧光法灵敏度高,重复性好,检测结果准确,但是这些方法需要复杂昂贵的仪器设备,专业的技术人员操作设备,增加了实验复杂性和检测成本,限制其应用和推广。而比色法操作简单,成本低,因此被广泛用于生物医学检测中。但是颜色是种复杂的信号,由色度、饱和度和亮度三个参数决定,不同人对于颜色的判定通常会受到各种主观和客观因素的影响（如周围环境的光线以及人对不同颜色敏感度的差异）,另外成像设备参数的设定和样品的背景颜色等这些因素都会给检测结果带来不确定性。因此,急需发展一种有效简单的信号转换的方法用于现场快速的生物医学检测（point-of-care testing,POCT）。咖啡环效应是指当一滴咖啡或者茶滴落桌面,干燥后其颗粒物质就会在桌面上留下一个有色的环状物的现象。这种现象产生的原因主要是由于靠近液滴边缘的液体蒸发速率超过液滴中心的速率,从而产生一种毛细力使得液滴中的液体向液滴边缘移动,驱使溶质从液滴的中心转移到液滴的边缘,并随着液体蒸发而产生富集。当液体完全蒸发后,在基底上形成一个环形的图案。由于咖啡环效应独特的性质,已经被广泛用于纳米组装、样品富集等。基于此,本论文提出了一种基于咖啡环效应的现场快速的分析方法,通过该方法可将传统比色检测结果（即颜色深浅）转换成咖啡环宽度的信号,从而实现裸眼定量检测小分子、蛋白质和核酸。主要研究内容如下:1、发展了基于咖啡环效应的小分子葡萄糖和乳酸的分析方法。该方法是基于纸上咖啡环效应将纸上颜色信号转换成颜色条带长度信号,从而实现裸眼定量分析。研究表明:颜色条带的长度与分析物的浓度有关联,以致于定量检测只需要一把直尺即可完成。探讨了纸基底的形状与封塑效果以及样品背景颜色对实验结果的影响,并将其应用于葡萄糖和乳酸测定。2、发展了基于咖啡环效应的酶联免疫吸附测定方法（enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA）。以使用人免疫球蛋白IgG作为分析物,将其固定在淀粉碘化钾试纸上,然后进行封闭处理后再加入葡萄糖氧化酶标记的兔抗人IgG的抗体,冲洗后加入底物进行反应,形成咖啡环效应。探讨了纸基底的形状和封塑效果对于实验结果的影响。研究表明:颜色条带的长度与IgG的浓度有相关性。因此,通过该方法可将传统的ELISA显色信号转成长度信号,使得定量检测只需要一把直尺。可应用于资源有限的条件下生物标志物的检测。3、发展了基于咖啡环效应的核酸和凝血酶分子定量检测方法。该方法通过两段单链DNA（探针A和B）与目标DNA或者凝血酶分别互补配对,并在铵根离子诱导下与氯化血红素形成G-四联体,即核酸模拟酶,其具有辣根过氧化物酶的活性。该模拟酶具有催化一定浓度的双氧水与淀粉碘化钾试纸中碘离子反应形成紫色复合物,蒸发后形成咖啡环,研究表明:颜色条带的长度与目标检测物浓度呈一定的关系,我们还探讨了样品的进样入口对于实验结果的影响,以提高检测重新性。4、研究了光子晶体基底对咖啡环效应的影响,发展了环介导等温扩增（loop-mediated isothermal amplification,LAMP）检测DNA的方法。将单分散SiO₂胶体溶液刮涂在玻璃片基底上。干燥处理后,SiO₂纳米粒子自组装形成致密的六方密堆积结构（蛋白石结构）的光子晶体膜。由于环介导等温扩增（LAMP）后的产物包含有焦磷酸镁沉淀,因此滴在胶体晶体膜上进行蒸发干燥后形成咖啡环,实验发现咖啡环的宽度与病原体DNA浓度有相关性。探讨了不同基底上对于实验结果的影响,研究表明光子晶体基底是最佳基底,检测时仅需0.5?L样品在5.0 min内即可完成。可使用裸眼进行半定量检测或者运用手机拍照进行定量检测,最低检测限可达到20拷贝。