一种基于微流控芯片的精子质量快速检测系统及检测方法与流程

本发明涉及微流控领域，具体是一种基于微流控芯片的精子质量快速检测系统及检测方法。

背景技术：

精子活力(spermmotility)是指精液中呈前进运动精子所占的百分率。由于只有具有前进运动的精子才可能具有正常的生存能力和受精能力，所以活力与雌性受胎率密切相关。精子存活率(spermsurvivalrate)是指精液中活精子的比例，精子的存活率通过检测精子膜的完整性来评价。医学常用伊红来进行精子存活率试验，试验中活精子头部呈白色和淡粉红色，死精子头部呈红色和暗粉红色。精子存活率的参考值下限是58％。精子总数(totalnumberofsperm)指一次完整射精的精液中的精子总数，由精子浓度乘以精液体积得出。精子总数反映睾丸的精子产生能力。精液分析对于临床和研究部门调查男性生育力状况，以及实施和随访男性生育调节时监测精子发生情况，都是有用的。现行的精液检测方法为计算机辅助分析(casa)检测精子活力，通过染料拒染法或低渗膨胀试验来鉴别细胞膜完整的精子，从而得出活精子的百分率，利用neubauer血细胞计数板统计精子总数。

微流控芯片技术可以把生物、化学分析过程的样品制备、预处理、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，可实现流体、微纳粒子或液滴的运输、混合、分选、富集、逻辑运算等操作，可采用微纳加工的手段制备，具有消耗样品少仅微升数量级、检测成本低、检测速度快等优点。申请号200810216788.4公开了微流控生物芯片精子质量分析仪，实现了对精液样品全自动高通量快速分析，检测成本低。但该芯片还需要外加对接模块、负压模块等，应用并不便携。申请号201220566804.4公开了一种精液检测装置，包括样品盒、样品卡、光源、控制电路、加热单元和可连接摄像装置的显微镜，该发明结构简单，低成本，但检测手段单一，需要连接显微镜，同样不具备便携性。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种基于微流控芯片的精子质量快速检测系统及检测方法。该系统中的微流控芯片无需外界负压源，采用手指薄膜泵、伞形单向微阀提供负压，同时负压隔离泵送将液体流道和气体流道分离，对样品的污染更小，减少外间因素对样品的影响。

本发明解决所述检测系统技术问题的技术方案是，提供一种基于微流控芯片的精子质量快速检测系统，其特征在于该系统包括微流控芯片、读数器和智能终端；

所述微流控芯片包括微流控通道单元板和基底；所述微流通道单元板设置在基底上；所述微流通道单元板包括入口、微流通道、微腔和气体通道；所述微流通道的一端与入口连通，另一端与n个等间距的微腔连通；所述气体通道与微流通道位于同一平面且相邻排布，气体通道的一端与手指薄膜泵连接，另一点封闭；所述伞形单向微阀安装于气体通道的干路上，伞形单向微阀上具有溢气孔；所述微腔与气体通道相邻；所述读数器具有卡槽，使用时将微流控芯片插入读数器的卡槽中；所述读数器包括第一透镜组、第二透镜组、镜筒、调焦螺旋和光源；所述第一透镜组、第二透镜组、镜筒和调焦螺旋设置在读数器的卡槽的上侧；所述光源设置在读数器的卡槽的下侧；所述智能终端的摄像头和读数器的镜筒对齐；所述第一透镜组和第二透镜组均设置在镜筒内；所述调焦旋钮设置在镜筒的外侧。

本发明解决所述检测方法技术问题的技术方案是，提供一种基于微流控芯片的精子质量检测方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1)精液预处理：将精液样品加入到微流控芯片的入口，通过挤压手指薄膜泵，使样品通过微流通道流入微流控芯片的微腔；

2)图像放大与采集：利用读数器对微流控芯片上图样采样区域进行放大并利用智能终端的摄像头对图像采样区域拍照；

3)数据处理和结果显示：利用智能终端的应用程序对图像采样区域进行精子计数检测；同时检测含有伊红的微腔中精子的颜色，进行精液活性检测。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

(1)微流控芯片属于廉价耗材，检测成本低；微流控芯片、读数器和智能终端尺寸均较小，可实现检测仪器的便携化，易于实现现场检测。

(2)采用多个互相分离、均匀分布的独立微腔进行样品检测，减少微腔之间样品的相互干扰。精子在微腔中的分布受微腔的高度限制，保证了视野范围内的精子基本处于同一高度的焦平面内，有利于成像过程中的对焦，得到清晰的显微图像，进而实现准确计数。

(3)通过调节读数器中两镜片实现对焦、放大图像。读数器配备白光led和特定波长的led，可以对样品进行白光、荧光检测。

(4)微流控芯片无需外界负压源，采用手指薄膜泵、伞形单向微阀提供负压，同时负压隔离泵送将液体流道和气体流道分离，对样品的污染更小，减少外间因素对样品的影响。

附图说明

图1是本发明基于微流控芯片的精子质量快速检测系统及检测方法一种实施例的整体结构示意图；

图2是本发明基于微流控芯片的精子质量快速检测系统及检测方法一种实施例的微流控芯片整体结构示意图；

图3是本发明基于微流控芯片的精子质量快速检测系统及检测方法一种实施例的读数器中微型光路结构示意图；

图4是本发明基于微流控芯片的精子质量快速检测系统及检测方法一种实施例的微流控芯片微腔观察示意图；(图中：1、微流控芯片；2、读数器；3、智能终端；11、入口；12、微流通道；13、微腔；14、气体通道；15、伞形单向微阀；16、手指薄膜泵；17、微流控通道单元板；18、基底；21、第一透镜组；22、第二透镜组；23、镜筒；24、调焦螺旋；25、光源)

具体实施方式

下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。

本发明提供了一种基于微流控芯片的精子质量快速检测系统(参见图1-4，简称系统)，包括微流控芯片1、读数器2和智能终端3；所述读数器2具有卡槽，使用时将微流控芯片1插入读数器2的卡槽中，可以在卡槽中移动；读数器2用于对精液样品进行放大；所述智能终端3是具有拍照功能的任意设备(例如智能手机、平板电脑或pc机等)，用于采集精子图像；所述智能终端的摄像头和读数器2的镜筒23对齐；

所述微流控芯片1包括微流控通道单元板17和基底18；所述基底18为平板结构；所述微流通道单元板17设置在基底18上，基底18和微流通道单元板17通过键合、注塑或者3d打印的方式完成封装；所述键合包括热键合、压力键合或等离子键合；所述微流控通道单元板17的厚度为0.1～2cm；所述基底18和微流通道单元板17的材质为玻璃、石英、亚克力、abs或pdms等；

所述微流通道单元板17包括入口11、微流通道12、微腔13和气体通道14；所述入口11为上下贯通的贯通孔，贯通孔的孔径为1～10mm，高度与微流通道单元板17的厚度相同，用于注入经过预处理的待测精液；所述微流通道12的一端与入口11连通，另一端与n个等间距微腔13连通；所述微流通道12用于承载被测精液；所述微腔13为圆形微腔，圆形微腔的直径为0.1～5mm，高度为10～100um，用于精液活性检测和精子计数检测；伞形单向微阀15和手指薄膜泵16为气体通道14提供负压，为精液泵送提供负压；所述气体通道14与微流通道12位于同一平面且相邻排布，气体通道14的一端与手指薄膜泵16连接，另一点封闭；所述伞形单向微阀15安装于气体通道14的干路上，伞形单向微阀15上具有溢气孔；所述微腔13与气体通道14相邻，用于通过负压排出气体使精液样品泵送进入微腔13；n为16～880之间的任意整数；

所述读数器2的放大倍数为40～400倍；所述读数器2包括第一透镜组21、第二透镜组22、镜筒23、调焦螺旋24和光源25；所述第一透镜组21、第二透镜组22、镜筒23和调焦螺旋24设置在读数器2的卡槽的上侧；所述光源25设置在读数器2的卡槽的下侧；所述镜筒23为读数器2竖直方向上的通孔，用于与智能终端3的摄像头配合拍照；所述第一透镜组21和第二透镜组22均设置在镜筒23内；第一组透镜21与智能终端3中的摄像头对应配合，第二透镜组22与微流控芯片1中的微腔13对应配合；所述调焦旋钮24设置在镜筒23的外侧；所述光源25包括白光led和特定波长的led，特定波长的led用于荧光检测，白光led用于白光检测。

微流通道12可以是m×n个的阵列，实现更多样本的精液检测；

如图4所示，微腔观察精子示意图，评估精子活力等级时，将精子分类为前向运动、非前向运动和不活动的精子。前向运动(pr)：精子主动地呈直线或沿一大圆周运动，不管其速度如何。非前向运动(np)：所有其他非前向运动的形式，如以小圆周泳动，尾部动力几乎不能驱使头部移动，或者只能观察到尾部摆动。不活动(im)：没有运动。最终确定总的精子活动率(pr+np)或前向运动(pr)的精子活动率。

一种基于微流控芯片的精子质量检测方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1)精液预处理：滴加5～50ul精液样品到微流控芯片1的入口11，通过挤压手指薄膜泵16，使样品通过微流通道12流入微流控芯片1的微腔13；

2)图像放大与采集：利用读数器2对微流控芯片1上图样采样区域进行放大并利用智能终端3的摄像头对图像采样区域拍照；

3)数据处理和结果显示：利用智能终端的应用程序对图像采样区域进行精子计数检测；同时检测含有伊红的微腔中精子的颜色，进行精液活性检测。

具体是：滴加5～50ul样品到微流控芯片的入口，从入口11泵送精液进入微流通道12后，按下手指薄膜泵16，由于气体通道14没有出口，手指薄膜泵16内部形成高压环境，在压差作用下，伞形单向微阀15打开，使气体通道14内的大部分气体从伞形单向微阀15的溢气孔排出；当松开手指薄膜泵16时，伞形单向微阀15关闭，手指薄膜泵16内残留的空气会在薄膜的弹性变形作用下膨胀，产生负压环境，从而连接手指薄膜泵16的气体通道14内部也会被负压气体充满，气体通道14内的负压将液体通道12内的气体吸出，从而通过负压实现将精液泵送至微腔13，微腔13按用途分为精子计数微腔和含有伊红的精子活性检测微腔，微腔13中充满精子。然后将微流控芯片1插入读数器2的卡槽中，使得镜筒23对准微腔13中的图像采样区，打开光源25，白光led和特定波长的led均可，通过调焦旋钮24进行放大并获得清晰的图像，利用智能终端3的摄像头对图像采样区进行拍照，照片如图4所示。最后利用智能终端3上的应用程序对拍照得到的图像中的精子进行活性观察(医学常用伊红来进行精子存活率试验，试验中活精子头部呈白色和淡粉红色，死精子头部呈红色和暗粉红色)和计数处理，其中也可以通过智能终端3的摄像头观察精子的活性，根据精子活力等级进行精液活性检测。

本发明未述及之处适用于现有技术。