專利名稱：微流控生物芯片精子質(zhì)量分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種新型醫(yī)療檢驗(yàn)儀器設(shè)備，涉及微流控生物芯片技術(shù)在精子質(zhì)量檢測
分析領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用。
背景技術(shù)：
精子的信息是診斷男性生育能力的依據(jù)，絕大多數(shù)精子檢測都在醫(yī)院中完成，檢 測的項(xiàng)目包括精子密度、活動率、畸形率等。精子檢查在醫(yī)院中采用的主要檢測方法有顯微 鏡人工鏡檢法和計(jì)算機(jī)輔助精子質(zhì)量分析系統(tǒng)(CASA)。鏡檢法，設(shè)備簡單、成本低，但是人 為誤差較大，影響檢驗(yàn)結(jié)果的因素較多，結(jié)果準(zhǔn)確性不高，由于視野選擇的隨機(jī)性、精液本 身的不均勻特性以及每次只檢查50到100個細(xì)胞，使得同一個醫(yī)師對同一份樣本的兩次檢 查結(jié)果可能存在50%以上的誤差，不同醫(yī)師之間的檢測誤差更大。八十年代以來，由計(jì)算機(jī) 技術(shù)和光電技術(shù)發(fā)展的計(jì)算機(jī)輔助精子質(zhì)量分析系統(tǒng)(CASA)，主要由顯微鏡、CCD攝像頭、 圖像采集卡和計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等組成，雖然克服了一些人為誤差的因素，但原理上與鏡檢法 相比并沒有根本的改變，上述視野和檢查細(xì)胞數(shù)量少等問題仍然照舊，而且還需要專業(yè)人 員和昂貴的醫(yī)療設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)。 由于精子測試取樣的特殊性隱私和尷尬，所有的男性都希望能夠在家中自行完 成檢測，世界各國科研機(jī)構(gòu)和廠家對家用精子簡便型測量設(shè)備的開發(fā)和改進(jìn)工作一直在進(jìn) 行。根據(jù)世界衛(wèi)生組織WHO定義，生育最基本標(biāo)準(zhǔn)為精子密度大于兩千萬/毫升，活動率 A+B級大于50%，精液體積大于2毫升，這幾項(xiàng)指標(biāo)在早期篩查診斷中有重要的臨床意義， 所以一些海外科技公司相繼開發(fā)了基于這些基本參數(shù)的自動化快速精子檢測儀器，用于醫(yī) 療機(jī)構(gòu)、家庭診斷，同時還可以用于畜牧養(yǎng)殖。 美國專利號4， 880， 732描述了一種使用熒光染色的方法快速的測量精液的濃度。 通過檢測被熒光染色的精子的密度得到精子的數(shù)量。但是由于此種方法的的裝置非常昂貴 (特別是光電倍增管等光學(xué)測量元器件)以及測量中需要熒光染色等的復(fù)雜過程，使得這 種裝置不能被廣泛使用。 美國專利號5， 402， 240描述了一種裝置應(yīng)用Beer-Lambert定理，發(fā)射電磁波(光 線)穿過精液找到吸收率與濃度的關(guān)系，從而得出精子的密度，也就是比色法。但是同樣的 問題，設(shè)備的成本也很高。以上兩種設(shè)備有用于畜牧養(yǎng)殖廠的動物診斷。
美國專利號7， 252， 642和中國專利00239711. 0也描述了一種類似并有改進(jìn)的光
學(xué)法，除了測量精子密度，還在取樣器通道中利用小孔光密度變化信號測試活動精子群體 的運(yùn)動信息，借此估算出密度和活動率的參數(shù)。但由于沿襲光學(xué)比色方法，只是粗略估算， 準(zhǔn)確率和重復(fù)性不高，并且設(shè)備價格還高于CASA，因此這項(xiàng)技術(shù)并沒有在醫(yī)院得到廣泛的 認(rèn)可和使用。 美國專利號5， 055， 411和5， 068， 089描述了使用化學(xué)染色劑的一種方法。染色劑 變化的范圍(比色顯示)被認(rèn)為是精子的受孕能力。這種測量方法是可以在家中使用，但 是它的局限性在于，這種復(fù)雜的方法被要求必須高于室內(nèi)溫度時才可以使用，而且結(jié)果僅
4僅顯示精子的密度是否每毫升高于兩千萬精蟲這唯一的結(jié)果，并且只能靠肉眼對比色條來 判斷。 美國專利號5， 895， 749和5， 935， 800描述了 GpX抗體于每一個在精液內(nèi)的精子發(fā) 生作用后，測量抗體的濃度從而得到精子的濃度。這方法要求添加一些反應(yīng)物，需要復(fù)雜的 過程才能完成。并且與上述專利描述的方法相似的是，結(jié)果一樣只能通過肉眼進(jìn)行顏色比 對來大致判斷其精子密度是否超過每毫升兩千萬數(shù)量。 因此，如何能夠提供一種自動化程度高，準(zhǔn)確、快速、方便、低成本，可以同時適用 于醫(yī)療機(jī)構(gòu)和家庭測試的精子檢測設(shè)備成為業(yè)界發(fā)展方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的提供了一種微流控生物芯片精子質(zhì)量分析儀，實(shí)現(xiàn)了精子質(zhì)量分析的全
自動、高通量、方便、快速、低成本，利用微流體控制技術(shù)、生物芯片技術(shù)、庫爾特細(xì)胞計(jì)數(shù)原 理技術(shù)，精子細(xì)胞運(yùn)動特性活動率算法等，每次檢測可以自動對樣本中多達(dá)上萬個精子細(xì) 胞逐一分析，顯著提高了檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度和重復(fù)性， 一次性的生物芯片結(jié)合便攜式的分 析儀主機(jī)，十分適用于各級醫(yī)療機(jī)構(gòu)和一般家庭檢測，并可用于畜牧養(yǎng)殖業(yè)中的動物精子 質(zhì)量分析。 所述的微流控生物芯片精子質(zhì)量分析儀包括生物芯片和測量主機(jī)。所述生物芯片
包括樣本輸入模塊和微通道，所述的微通道包括樣本入口池、特定設(shè)計(jì)的通道和負(fù)壓氣源 接口，所述的特定設(shè)計(jì)的通道包括樣本預(yù)處理通道、一系列的分析通道和樣本后處理通道， 所述的樣本預(yù)處理通道的作用是實(shí)現(xiàn)精液樣本的混勻、稀釋、化學(xué)反應(yīng)、溫度控制、細(xì)胞篩 選等樣本預(yù)處理工作，所述的分析通道的作用是實(shí)現(xiàn)細(xì)胞計(jì)數(shù)和分析工作，所述的樣本后 處理通道的作用是后精液樣本的后處理工作，所述的樣本輸入模塊的作用是將被分析的精 液樣本輸入到所述的生物芯片的所述的微通道的所述的樣本入口池中，同時也可以增加精 液樣本的混勻、稀釋、化學(xué)反應(yīng)、溫度控制的樣本預(yù)處理功能。 所述的分析通道的入口和出口處都設(shè)有一個微孔傳感器，分析通道可以是多個， 多個分析通道可以串聯(lián)排列，也可以并聯(lián)排列。所述的微孔傳感器包括一個與所述的微通 道相連通的微孔以及布置在微孔兩端的一對檢測微電極，所述檢測微電極的一端在所述微 通道中，與所述微通道中的液體相接觸。 所述的測量主機(jī)包括芯片對接模塊、負(fù)壓氣源模塊、信號檢測處理模塊和結(jié)果顯 示記錄模塊。 用戶將待分析的精液樣本輸入生物芯片的樣本入口池，并將生物芯片插入主機(jī)， 啟動儀器后，樣本由與生物芯片的負(fù)壓氣源接口連接的，設(shè)置在主機(jī)上的負(fù)壓氣源模塊提 供的負(fù)壓氣壓驅(qū)動，按設(shè)定方式流經(jīng)芯片的微通道。 本發(fā)明利用到精子在流動液體中總是逆流而上游動的特性在設(shè)定的流速中，活 動力強(qiáng)的精子在流體中會保持在一定的位置，甚至回流，而活動力弱的和死的精子則會順 著液流方向被沖走。因此，只要計(jì)算出一定體積的以一定流速流動的精液中有多少精子細(xì) 胞能夠保持在一定的位置或回流，而不被沖走，就能得出在這一定量的精液中的所有精子 中運(yùn)動速度大于這個流速的精子所占的比例，即為大于所述流速的精子活動率，這就是本 發(fā)明中所謂的精子細(xì)胞運(yùn)動特性活動率算法。
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這一算法在本發(fā)明中的具體實(shí)現(xiàn)是這樣的在生物芯片微通道中設(shè)置有一系列 微孔傳感器，由于細(xì)胞膜的電容特性，通過微孔傳感器的精子細(xì)胞會使微孔處的液體低頻 (包括直流)導(dǎo)電率下降，即微孔內(nèi)液體阻抗升高，而設(shè)置在每個所述的微孔兩端的一對 檢測微電極以電壓脈沖的形式實(shí)時檢測這一阻抗變化，并將此精子的生物阻抗電壓脈沖信 息上傳至所述測量主機(jī)的所述信號檢測處理模塊中進(jìn)行分析和處理。因此，在生物芯片的 微通道中設(shè)定分析通道，在分析通道的入口和出口都設(shè)置一個微孔傳感器，利用這兩個傳 感器的計(jì)數(shù)和時間數(shù)據(jù)，便可計(jì)算出在特定時間內(nèi)流經(jīng)和流出分析通道的精子細(xì)胞，從而 計(jì)算出流經(jīng)這個設(shè)定流速的通道的精子中，精子自身運(yùn)動速度大于和小于此流速的精子數(shù) 量，(在通過的精子數(shù)量極小的情況下，還可以判斷每個精子的速度信息)。這樣，通過在芯 片中設(shè)置一系列不同流速的分析通道，當(dāng)樣本通過這些分析通道后，便可快速計(jì)算出樣本 中的精子總數(shù)、精子密度以及各級活動力(運(yùn)動速度)精子所占的比例，即精子活動率。
在電路上，從所述的生物芯片上的微孔傳感器中記錄每個通過微孔的精子細(xì)胞產(chǎn) 生的生物阻抗電壓脈沖信號，并將此電學(xué)信息通過信號電極接口傳遞到主機(jī)的信號檢測處 理模塊上，然后在信號處理模塊中經(jīng)過運(yùn)算、放大，AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再由微處理器進(jìn)行 數(shù)據(jù)采集、處理和分析，通過獨(dú)特的算法得出被檢測精液樣本中的精子總數(shù)、精子密度和精 子活動率，最后在結(jié)果顯示記錄模塊中直接顯示或打印出結(jié)果報(bào)告單。 精子質(zhì)量分析生物芯片和精液預(yù)處理杯都是一次性的，十分方便，使用過后可以 被妥善處理。


下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。 圖1 (a)為現(xiàn)有技術(shù)的庫爾特原理微孔細(xì)胞分析儀的測量原理圖； 圖1 (b)為圖1 (a)現(xiàn)有技術(shù)的庫爾特原理微孔細(xì)胞分析儀的測量原理中細(xì)胞通過
微孔的示意圖； 圖2為精子細(xì)胞在本發(fā)明生物芯片的分析通道中運(yùn)動的示意圖；
圖3為本發(fā)明微流控生物芯片精子分析儀的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明生物芯片的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為本發(fā)明生物芯片的微孔傳感器進(jìn)行處理后的信號圖示意；
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖，將對本發(fā)明的各較佳實(shí)施例進(jìn)行更為詳細(xì)的說明。
男性的精子細(xì)胞，由于細(xì)胞膜的膜電容特性，整個細(xì)胞在直流，以及低頻(根據(jù)實(shí) 驗(yàn)結(jié)果，對于人類精子細(xì)胞，這個低頻為5MHz以下的頻率)的電場中，表現(xiàn)為非導(dǎo)電性。根 據(jù)細(xì)胞和其它非導(dǎo)電微粒的非導(dǎo)電性進(jìn)行微粒計(jì)數(shù)和分析的原理，即為庫爾特(Coulter) 原理。其原理如圖l(a)和圖l(b)所示，由于真空壓力的作用，懸浮在電解液18中的細(xì)胞 /微粒22，從前池21，經(jīng)過微孔20，被吸到后池23，當(dāng)細(xì)胞/微粒22通過微孔20時，微孔 20處的阻抗將升高，這一阻抗變化導(dǎo)至檢測微孔電壓的一對電級，陽電極19和陰電級20， 紀(jì)錄下一個電壓脈沖信號，并通過此信號對電解液18中的細(xì)胞/微粒22進(jìn)行計(jì)數(shù)和分析。 本發(fā)明依據(jù)庫爾特(Coulter)原理進(jìn)行精子細(xì)胞的計(jì)數(shù)和分析。
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本發(fā)明同時利用到精子細(xì)胞的運(yùn)動特性來分析精子活動力指標(biāo)(即精子細(xì)胞的 運(yùn)動速度分析)。所述的精子細(xì)胞的運(yùn)動特性是精子細(xì)胞在流動液體中總是逆流而上游 動的特性。人類精子的平均運(yùn)動速度是56. 44微米/秒(Bates, Karl Leif. New Breed of Fertility Therapy. Detroit News. 12February 1996)，最快速度可達(dá)100微米/ 秒；動物精子(本發(fā)明可用于畜牧養(yǎng)殖業(yè)中的動物精子質(zhì)量分析)，如牛和鼠的精子運(yùn) 動速度是68-162微米/秒(Katz， D. F. &H. M. Dott. 〃 Methods of measuring swimming speed ofspermatozoa. 〃 Journal of Reproductive Fertility. 45，2(November 1975): 263-72);短尾猿的精子速度是現(xiàn)今測試過的靈長類動物中最快的，最快可超過200微米/ 秒。在設(shè)定的流速中(本發(fā)明的分析通道設(shè)定流速為l 500微米/秒)，活動力強(qiáng)的精子 在流體中會保持在一定的位置，甚至回流，而活動力弱的和死的精子則會順著液流方向被 沖走。如圖2所示，當(dāng)精液樣本25在分析通道中流動時(對于人類精子，液體流動速度可 設(shè)定在100微米/秒以內(nèi)，液體流動方向29如圖2中標(biāo)注所示)，活動力弱的精子26和死 精子28都會順著液體流動方向29被沖走，而在流動的精液樣本25中會一致地朝與液體流 動方向29相反的方向游動，當(dāng)活動力強(qiáng)的精子27的精子游動速度大于液體流動速度時，精 子細(xì)胞便會回流。并且，活動力強(qiáng)的精子更趨向于接近通道壁游動，因?yàn)樵娇拷ǖ辣谝后w 流動速度越慢。 在本發(fā)明的生物芯片包括樣本輸入模塊和微通道。如圖3所示，所述的微通道包 括樣本入口池1、樣本預(yù)處理通道3、分析通道6、樣本后處理通道7，負(fù)壓氣源接口 8。圖4 中僅簡化示意出樣本入口池1，負(fù)壓氣源接口8和一個分析通道6。本發(fā)明的生物芯片在分 析通道6前后可以增加所述的樣本預(yù)處理通道和所述的樣本后處理通道，完成樣本預(yù)處理 和后處理工作，并且分析通道可以是多個，多個分析通道可以串聯(lián)排列，也可以并聯(lián)排列。
本發(fā)明的分析通道6中，在通道的入口和出口分別都設(shè)置有一個微孔傳感器，與 樣本入口池1 一端連接的微孔傳感器包括微孔4a和一對檢測微電級5a ;與負(fù)壓氣源接口 8 —端連接的微孔傳感器包括微孔4b和一對檢測微電級5b。由于細(xì)胞膜的電容特性，通過 微孔傳感器的精子細(xì)胞會使微孔處的液體低頻(包括直流)導(dǎo)電率下降，即微孔內(nèi)液體阻 抗升高，而設(shè)置在每個微孔兩端的一對檢測微電極以電壓脈沖的形式實(shí)時檢測這一阻抗變 化，并將此精子的生物阻抗電壓脈沖信息上傳至所述測量主機(jī)的所述信號檢測處理模塊中
本發(fā)明的微流控生物芯片精子質(zhì)量分析儀中，被檢測的精液中的所有精子細(xì)胞首 先通過樣本入口池1進(jìn)入所述的生物芯片2，在測量主機(jī)中的負(fù)壓氣源模塊9的驅(qū)動之下， 流過樣本預(yù)處理通道3，并依次通過分析通道6的微孔4a，在分析通道6中活動力強(qiáng)的精子 在流體中會保持在一定的位置，甚至回流并聚集在分析通道6靠近微孔4a的前部；而活動 力弱的和死的精子則會順著液流方向被沖過微孔4b，并最后隨精液樣本一同流入樣本后處 理通道。 在本發(fā)明中，與分析通道6連接的樣本預(yù)處理通道3的通道截面積小于分析通道6 的通道截面積，以保證精液樣本在樣本預(yù)處理通道3的流動速度大于在分析通道6中的流 動速度，并且足夠大，以至于其中所有的精子細(xì)胞都會被沖進(jìn)第一個分析通道，而不會在進(jìn) 入第一個分析通道之前就產(chǎn)生回流，這樣將一段時間T0秒內(nèi)通過第一個分析通道6的微孔 4a的精子總數(shù)N0除以同一段時間內(nèi)通過微孔4a的精液樣本的體積V0，再除以之前精液樣 本的稀釋比U(小于或等于1)，再再乘以一個校準(zhǔn)系數(shù)e 0，結(jié)果就得出本次分析的精液樣本的精子密度C，如下述公式(1)所示 C =
F0/ 乂
X￡o ---------------------------- (1) 在本發(fā)明中，精子密度C乘以精液總體積V，就得出本次分析的精液樣本的精子總 數(shù)N，如下述公式(2)所示 N = CXV ----------------------------(2) 在本發(fā)明中，將從TS時刻開始的一段時間T秒內(nèi)通過一個分析通道6的微孔4a的 精子總數(shù)Nl減去TS+T1時刻開始的T秒內(nèi)通過一個分析通道6的微孔4b的精子總數(shù)N2， 再除以Nl，乘以一個校準(zhǔn)系數(shù)e l，再乘以100%，結(jié)果就是本次分析的精液樣本中精子運(yùn) 動速度大于XI的比例Yl，如下述公式(3)所示 y1=M-W2xglxl00% --------------------------- (3)
M 其中XI為精液樣本在分析通道6中的流動速度，L1為分析通道6的通道長度，Tl =L1/X1。 因此，在生物芯片微通道中設(shè)定一系列不同流速的分析通道，在每個分析通道的 入口和出口設(shè)置微孔傳感器，利用這兩個傳感器的計(jì)數(shù)和時間數(shù)據(jù)，便可計(jì)算出流經(jīng)不同 設(shè)定流速(例如X1，X2，X3，X4)的分析通道的精子中，精子自身運(yùn)動速度大于此流速的精 子的數(shù)量和比例(例如Y1，Y2，Y3，Y4)(在通過的精子數(shù)量極小的情況下，還可以判斷每個 精子的速度信息)，這樣便可快速計(jì)算出精液樣本中各級運(yùn)動速度精子所占的比例，即為精 子活動率。 本發(fā)明的微孔4a和4b的尺寸只有幾十微米的量級，微通道的尺寸在幾十到幾千 微米的量級，設(shè)置在微孔兩邊的一對檢測微電級5a和5b的尺寸也在幾十微米的量級。
本發(fā)明所述的測量主機(jī)與所述的生物芯片通過所述的芯片對接模塊17相互聯(lián)系 和作用，所述的芯片對接模塊17將所述的測量主機(jī)上的所述的負(fù)壓氣源模塊9和所述的生 物芯片上的所述的負(fù)壓氣源接口 8密封對接，并將所述的測量主機(jī)上的所述的信號檢測處 理模塊16和所述的生物芯片上的所有所述的微孔傳感器的所有檢測微電極(如圖3所示， 僅示意一個分析通道的情況，故只有檢測微電極5a和5b)對接。 本發(fā)明所述的測量主機(jī)的信號檢測處理模塊16的電路中設(shè)置有微孔傳感器的電 源驅(qū)動單元和信號提取單元，每一個分析通道有兩對微孔傳感器，在測量主機(jī)上就相應(yīng)地 配備有兩個配套的電源驅(qū)動單元和信號提取單元。如圖3所示，僅為示意一個分析通道的 情況電源驅(qū)動單元15a和15b，用于驅(qū)動所述的檢測微電級5a和5b的阻抗變化，并輸出 電壓脈沖信號；信號提取單元14a和14b對相應(yīng)的信號進(jìn)行處理，并經(jīng)A/D采樣單元13和 信號識別單元12，之后在算法處理單元11進(jìn)行計(jì)算，最終的測量結(jié)果在結(jié)果顯示和記錄模 塊10中被顯示和儲存。圖示箭頭示意電流或者信號的流向，上述電路的處理過程為現(xiàn)有技 術(shù)所周知，在此不再贅述。 如圖5所示，為精子細(xì)胞通過微孔傳感器產(chǎn)生的電壓脈沖信號圖，縱坐標(biāo)為電壓 值，橫坐標(biāo)為時間。每個明顯突出的電壓脈沖表示通過微孔的一個精子細(xì)胞，脈沖越高表示 精子細(xì)胞的體積越大。 綜合上述，本發(fā)明的微流控生物芯片精子質(zhì)量分析儀提供了一種廉價而有效的精子質(zhì)量分析技術(shù)，結(jié)合測量主機(jī)和一次性生物芯片的組合操作，對比其它現(xiàn)有精子質(zhì)量分 析技術(shù)，本發(fā)明可以快速、方便、精確地完成精液中精子質(zhì)量的檢測，得出精子總數(shù)、精子密 度、精子活動率的各項(xiàng)參數(shù)結(jié)果，十分適用于各級醫(yī)療機(jī)構(gòu)和一般家庭檢測，用于篩查男性 精子質(zhì)量，早期診斷不育癥，并指導(dǎo)用戶選擇合適的生育時間，本發(fā)明并可用于畜牧養(yǎng)殖業(yè) 中的動物精子質(zhì)量分析。 當(dāng)然，上述針對本發(fā)明較佳實(shí)施例的描述較為具體，并不能因此理解為對本發(fā)明 專利保護(hù)范圍的限制。本發(fā)明不局限于所述的實(shí)施例，并且能對這些實(shí)施應(yīng)用許多的改變 而不會超出本發(fā)明的范圍。 例如，本發(fā)明微流控生物芯片精子質(zhì)量分析儀的生物芯片的結(jié)構(gòu)并不限如圖3和 圖4所示簡化的單一分析通道，可以增加多個分析通道，以便對更多不同精子細(xì)胞運(yùn)動速 度進(jìn)行檢測，也可通過并聯(lián)的多個同一設(shè)定流速的分析通道同時分析更多精子細(xì)胞，提高 精子質(zhì)量分析的效率。所述樣本入口池可以是多個池，以便加入不同的樣本或試劑。
另外在本發(fā)明的生物芯片的所述的樣本預(yù)處理通道中，以及所述的樣本輸入模塊 中都可以采用液化蛋白酶的化學(xué)處理流程，以便加快精液的液化速度，讓精液樣本在采集 后能過更快地液化，然后適用于檢測。 而且，本發(fā)明微流控生物芯片精子質(zhì)量分析儀的裝置結(jié)構(gòu)不僅限于對精子細(xì)胞的 質(zhì)量分析和檢測，也可以用于對血細(xì)胞的細(xì)胞計(jì)數(shù)和分析，以及其它體液的檢測如尿液、唾 液等。因此，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種微流控生物芯片精子質(zhì)量分析儀，其特征在于所述的微流控生物芯片精子質(zhì)量分析儀包括生物芯片，所述的生物芯片的作用是提供精液樣本流動、反應(yīng)和檢測的場所；測量主機(jī)，所述的測量主機(jī)的作用是對插入主機(jī)的所述的生物芯片進(jìn)行液流控制、信號采集、分析處理，以及結(jié)果的顯示；
2. 如權(quán)利要求1所述的微流控生物芯片精子質(zhì)量分析儀，其特征在于所述的生物芯 片包括樣本輸入模塊和微通道，所述的微通道包括樣本入口池、特定設(shè)計(jì)的通道和負(fù)壓氣 源接口 ，所述的特定設(shè)計(jì)的通道包括樣本預(yù)處理通道、一系列的分析通道和樣本后處理通 道，所述的樣本預(yù)處理通道的作用是實(shí)現(xiàn)精液樣本的混勻、稀釋、化學(xué)反應(yīng)、溫度控制、細(xì)胞 篩選等樣本預(yù)處理工作，所述的分析通道的作用是實(shí)現(xiàn)細(xì)胞計(jì)數(shù)和分析工作，所述的樣本 后處理通道的作用是后精液樣本的后處理工作，所述的樣本輸入模塊的作用是將被分析的 精液樣本輸入到所述的生物芯片的所述的微通道的所述的樣本入口池中，同時在所述的樣 本輸入模塊中可以增加精液樣本的混勻、稀釋、化學(xué)反應(yīng)、溫度控制的樣本預(yù)處理功能。
3. 如權(quán)利要求2所述的微流控生物芯片精子質(zhì)量分析儀，其特征在于所述的分析通 道的截面尺寸寬度在10 1000微米，高度在10 1000微米，所述分析通道的入口和出口 處都設(shè)有一個微孔傳感器，所述分析通道可以是多個，多個所述分析通道可以串聯(lián)排列，也 可以并聯(lián)排列。
4. 如權(quán)利要求2和權(quán)利要求3所述的微流控生物芯片精子質(zhì)量分析儀，其特征在于 所述的微孔傳感器包括一個與所述的微通道相連通的微孔以及布置在微孔兩端的一對檢 測微電極，所述檢測微電極的一端在所述微通道中，與所述微通道中的液體相接觸。
5. 如權(quán)利要求1所述的微流控生物芯片精子質(zhì)量分析儀，其特征在于所述的測量主 機(jī)包括芯片對接模塊、負(fù)壓氣源模塊、信號檢測處理模塊和結(jié)果顯示記錄模塊，所述的芯片 對接模塊的作用是將所述的測量主機(jī)上的所述的負(fù)壓氣源模塊和所述的生物芯片上的所 述的負(fù)壓氣源接口密封對接，并將所述的測量主機(jī)上的所述的信號檢測處理模塊和所述的 生物芯片上的一系列的所述的微孔傳感器的所述的檢測微電極對接，所述的負(fù)壓氣源模塊 的作用是提供負(fù)氣壓。
6. 如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的微流控生物芯片精子質(zhì)量分析儀，其特征在于精 液樣本在所述負(fù)壓氣源模塊提供的負(fù)氣壓驅(qū)動下，在所述生物芯片的所述微通道中以設(shè)定的流速和方式流動，液體所述的微通道中的流速設(shè)定為1微米/秒到10毫米/秒之間，當(dāng) 液體在所述的分析通道中流動時，流速設(shè)定為1微米/秒到500微米/秒之間。
7. 如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的微流控生物芯片精子質(zhì)量分析儀，其特征在于每 個通過所述微孔的精子細(xì)胞會使所述的微孔處的液體低頻(包括直流)導(dǎo)電率下降，即微 孔內(nèi)液體的低頻(包括直流)阻抗升高，所述的微孔兩端的一對檢測微電極以電壓脈沖的 形式實(shí)時檢測這一阻抗變化，并將此精子的生物阻抗電壓脈沖信息上傳至所述測量主機(jī)的 所述信號檢測處理模塊中。
8. 如權(quán)利要求1至7任一所述的微流控生物芯片精子質(zhì)量分析儀，其特征在于所述的生物阻抗電壓脈沖信息在信號檢測處理模塊中經(jīng)過運(yùn)算、放大，AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再由 微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和分析，通過獨(dú)特的算法得出被檢測精液樣本中的精子總數(shù)、 精子密度和精子活動率的各項(xiàng)參數(shù)結(jié)果，并將結(jié)果在所述結(jié)果顯示記錄模塊直接顯示出來。
9. 如權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的微流控生物芯片精子質(zhì)量分析儀，其特征在于精液樣本在一個所述分析通道中保持穩(wěn)定的流速X1，所述的信號檢測處理模塊通過計(jì)算TS 時刻開始的一段時間T秒內(nèi)進(jìn)入所述分析通道的精子總數(shù)N1減去TS+T1時刻開始的T秒內(nèi) 流出相同分析通道的精子總數(shù)N2，差值再除以N1，再乘以一個校準(zhǔn)系數(shù)e 1，再乘以100%， 結(jié)果就得出本次分析的精液樣本中精子中精子運(yùn)動速度大于X1的精子比例Y1(即為運(yùn)動速度大于X1的精子活動率)，即<formula>formula see original document page 3</formula>，其中Tl =L1/X1， Ll為分析通道的通道長度。
10. 如權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的微流控生物芯片精子質(zhì)量分析儀，其特征在于精液樣本在一個所述分析通道中流速，所述的信號檢測處理模塊通過計(jì)算一段時間TO秒內(nèi) 通過進(jìn)入分析通道的精子總數(shù)NO除以同一段時間內(nèi)通過分析通道的精液樣本的體積VO， 再除以之前精液樣本的稀釋比U(小于或等于1)，再乘以一個校準(zhǔn)系數(shù)e0，結(jié)果就得出本廣M)次分析的精液樣本的精子密度C，即C^
11. 一種精子質(zhì)量分析方法，其特征在于本發(fā)明利用"精子在流動液體中總是逆流而 上游動"的這一特性(活動力強(qiáng)的精子在流體中會保持在一定的位置，甚至回流，而活動力 弱的和死的精子則會順著液流方向被沖走)，通過計(jì)算出一定體積的以一定流速流動的精 液樣本中有多少精子細(xì)胞能夠保持在一定的位置或回流，而不被沖走，得出在所述精液樣 本中的所有精子中運(yùn)動速度大于所述流速的精子所占的比例，即運(yùn)動速度大于所述流速的 精子活動率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微流控生物芯片精子質(zhì)量分析儀，所述分析儀包括生物芯片和測量主機(jī)；所述生物芯片包括樣本輸入模塊和微通道；所述測量主機(jī)包括芯片對接模塊、負(fù)壓氣源模塊、信號檢測處理模塊和結(jié)果顯示記錄模塊。精液樣本在負(fù)氣壓驅(qū)動下，在所述生物芯片的所述微通道中以設(shè)定的流速和方式流動，通過庫爾特原理和獨(dú)特的算法得出被檢測精液樣本中的精子總數(shù)、精子密度和精子活動率。本發(fā)明還提供一種精子質(zhì)量分析方法。本發(fā)明儀器實(shí)現(xiàn)了對精液樣本全自動高通量快速分析，用戶只要將含有樣本的生物芯片插入主機(jī)，儀器就能快捷地輸出檢測結(jié)果報(bào)告，操作簡便，檢測成本低，適用于各級醫(yī)療機(jī)構(gòu)和家庭檢測。
文檔編號C12Q1/02GK101726578SQ200810216788
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月27日
發(fā)明者莊斌 申請人:深圳科瑞克醫(yī)療器械有限公司