1.本发明涉及精液分析技术领域，尤其涉及一种集成化精液分析系统及方法。
背景技术：2.前列腺炎是男性泌尿生殖系统中最常见的疾病之一，前列腺炎患者占泌尿外科门诊患者的8％-25％，其中慢性前列腺炎、慢性盆腔疼痛综合症占到前列腺炎病例的90％以上。慢性前列腺炎极大降低了患者的健康生活质量，对社会生产力有负向影响，目前的检测方法都存在着一些问题，如精液、前列腺液分析用时长、操作繁琐、检测项目特异性一般，容易给患者造成身体和心理上的负担，而精液中的il-8为慢性前列腺炎中的高表达生物标志物，但其目前通常采用酶联免疫吸附法进行检测，该方法耗时长、灵敏度有限，极大的限制了医疗资源的有效利用，而表面增强拉曼光谱与传统il-8elisa检测相比之下具有优异的灵敏度和信号特异性，已被证明是检测il-8的有力工具。
3.但是传统的用于il-8检测的拉曼光谱检测技术仍存在以下不足：
4.1、免疫磁珠、拉曼探针和临床样本之间的免疫反应需要额外设备(例如摇床)来提供恒定的振荡条件；
5.2、免疫反应的产物(即免疫复合物)在最终检测前所需的分离与洗涤操作均需实验人员手动完成，大大增加了检测工作量与工作时间，且由于大量人工操作造成失误率的增加，极大的降低检测准确率。
技术实现要素：6.针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种集成化精液分析系统，包括：
7.微流控芯片，所述微流控芯片包括：
8.三个样品入口，各所述样品入口分别连接一反应区的输入口，各所述样品入口分别用于通入免疫磁珠、拉曼探针和精液样品至所述反应区内进行混合及免疫反应得到免疫复合物；
9.综合操作区，所述综合操作区的输入口连接所述反应区的输出口，所述综合操作区用于接收并对所述免疫复合物进行分离和洗涤；
10.拉曼光谱仪，用于对位于所述综合操作区内的分离和洗涤后的所述免疫复合物进行拉曼检测得到所述精液样品的分析结果。
11.优选的，所述反应区包括：
12.混合反应区，所述混合反应区为依次连接的多个椭圆微柱通道，所述混合反应区的输入口分别连接各所述样品入口；
13.免疫反应区，所述免疫反应区为蛇形通道，所述免疫反应区的输入口连接所述混合反应区的输出口，所述免疫反应区的输出口连接所述综合操作区的输入口。
14.优选的，各所述椭圆微柱通道的总长度为8mm，所述蛇形通道的总长度为60.5mm。
15.优选的，所述综合操作区包括：
16.后处理区，所述后处理区的输入口连接所述反应区的输出口，用于接收外部输入的磷酸缓冲液对所述免疫复合物进行洗涤；
17.强磁体集成块，所述强磁体集成块集成于所述微流控芯片上并位于所述后处理区的外部，用于采用磁分离的方式分离出洗涤后的所述免疫复合物。
18.优选的，所述反应区和所述后处理区之间设有一洗涤液入口，用于接收外部泵入的所述磷酸缓冲液并输出至所述后处理区。
19.优选的，所述综合操作区的长度为1.5mm，宽度为250um。
20.优选的，所述综合操作区的输出口连接一样品出口，所述样品出口用于输出所述免疫复合物分离和洗涤过程中产生的废弃液体。
21.本发明还提供一种集成化精液分析方法，应用于上述集成化精液分析系统，具体包括以下步骤：
22.步骤s1，制备得到所述免疫磁珠和所述拉曼探针，并将所述免疫磁珠、所述拉曼探针和精液样品泵入对应的所述样品入口流至所述反应区；
23.步骤s2，所述反应区对所述免疫磁珠、所述拉曼探针和所述精液样品进行混合及免疫反应得到所述免疫复合物；
24.步骤s3，所述综合操作区对所述免疫复合物进行分离和洗涤；
25.步骤s4，所述拉曼光谱仪对位于所述综合操作区内的分离和洗涤后的所述免疫复合物进行拉曼检测得到所述精液样品的分析结果。
26.优选的，制备得到所述免疫磁珠的方法具体包括以下步骤：
27.步骤a1，通过1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺与n-羟基丁二酰亚胺对羧基化磁珠进行表面羧基基团活化得到活化后磁珠；
28.步骤a2，将所述活化后磁珠与过量的il-8捕获抗体共同孵育制备得到表面偶联il-8捕获抗体的所述免疫磁珠。
29.优选的，制备得到所述拉曼探针的方法具体包括以下步骤：
30.步骤b1，通过柠檬酸三钠还原法制备得到胶体金；
31.步骤b2，混合所述胶体金、拉曼信号分子及表面偶联剂进行第一次孵育；
32.步骤b3，加入过量的il-8检测抗体进行第二次孵育以制备出表面偶联拉曼信号分子与il-8检测抗体的所述拉曼探针。
33.上述技术方案具有如下优点或有益效果：
34.(1)本发明中的微流控芯片体积小，可以作为小型化与便携化的精液分析平台；
35.(2)本发明中的混合反应区采用依次连接的多个椭圆微柱通道，免疫反应区采用蛇形通道，能够实现免疫磁珠、拉曼探针和精液样品的自动化混合及免疫反应，不需要添加额外设备进行振荡；
36.(3)本发明中的微流控芯片集成有强磁体集成块，能够实现免疫复合物的自动化分离；
37.(4)本发明中通过拉曼光谱仪对位于综合操作区内的分离和洗涤后的免疫复合物进行拉曼检测，实现原位精液分析。
附图说明
38.图1为本发明的较佳的实施例中，微流控芯片的结构示意图；
39.图2为本发明的较佳的实施例中，拉曼光谱仪进行拉曼检测的示意图；
40.图3为本发明的较佳的实施例中，本方法的步骤流程图；
41.图4为本发明的较佳的实施例中，免疫磁珠制备方法的具体流程图；
42.图5为本发明的较佳的实施例中，拉曼探针制备方法的具体流程图。
具体实施方式
43.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明并不限定于该实施方式，只要符合本发明的主旨，则其他实施方式也可以属于本发明的范畴。
44.本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种集成化精液分析系统，如图1、图2所示，包括：
45.微流控芯片1，微流控芯片1包括：
46.三个样品入口11，各样品入口11分别连接一反应区12的输入口，各样品入口11分别用于通入免疫磁珠、拉曼探针和精液样品至反应区12内进行混合及免疫反应得到免疫复合物13；
47.综合操作区14，综合操作区14的输入口连接反应区12的输出口，综合操作区14用于接收并对免疫复合物13进行分离和洗涤；
48.拉曼光谱仪2，用于对位于综合操作区14内的分离和洗涤后的免疫复合物13进行拉曼检测得到精液样品的分析结果。
49.具体地，本实施例中，考虑到现有的传统检测技术具备很多的不足，而这些不足会阻碍精液分析技术在高通量场所中的应用，因此本发明旨在开发出一个便携性的集成化精液分析系统作为精液分析平台，将拉曼光谱检测技术与微流控技术结合实现精液il-8免疫复合物13的自动化混合，在综合操作区14内进行自动化的免疫复合物13分离及洗涤处理，通过拉曼光谱仪2对免疫复合物13进行原位拉曼检测，不仅避免了额外仪器设备的需求与人工多步骤的操作，且本集成化精液分析系统的平台集成度、便携性、灵敏性相对于传统检测技术有着巨大的提升，对提升精液分析的准确率和效率具有重要作用。
50.优选的，各样品入口11的管路直径为1mm。
51.优选的，微流控芯片1的总体长度为1cm，总体宽度为0.5cm，总体高度为1cm。
52.优选的，微流控芯片1内免疫磁珠、拉曼探针和精液样品进行流动的流道的宽度为180um，厚度为200um。
53.本发明的较佳的实施例中，反应区12包括：
54.混合反应区121，混合反应区121为依次连接的多个椭圆微柱通道，混合反应区121的输入口分别连接各样品入口11；
55.免疫反应区122，免疫反应区122为蛇形通道，免疫反应区122的输入口连接混合反应区121的输出口，免疫反应区122的输出口连接综合操作区14的输入口。
56.具体地，本实施例中，考虑到现有技术中仍然需要添加额外设备来提供恒定的振荡条件，不仅会增加成本还会影响微流控芯片1的体积，影响微流控芯片1的便携性，因此，本实施例中，通过设置混合反应区121和免疫反应区122来代替额外设备集成于微流控芯片
1上，不仅能减少设备成本，还能增加便携性。
57.优选的，混合反应区121采用依次连接的多个椭圆微柱通道，免疫反应区122采用蛇形通道，使得免疫磁珠、拉曼探针和精液样品在混合反应区121、免疫反应区122内流动时能够进行自动化的混合及免疫反应。
58.本发明的较佳的实施例中，各椭圆微柱通道的总长度为8mm，蛇形通道的总长度为60.5mm。
59.本发明的较佳的实施例中，综合操作区14包括：
60.后处理区141，后处理区141的输入口连接反应区12的输出口，用于接收外部输入的磷酸缓冲液对免疫复合物13进行洗涤；
61.强磁体集成块142，强磁体集成块142集成于微流控芯片1上并位于后处理区141的外部，用于采用磁分离的方式分离出洗涤后的免疫复合物13。
62.具体地，本实施例中，考虑到现有技术中仍然需要进行大量的人工操作，尤其在免疫复合物13的分离、洗涤这一部分，因此，本实施例中，通过设置后处理区141对免疫复合物13进行洗涤，并设置强磁体集成块142对免疫复合物13进行分离，以此代替人工操作，不仅能够减少人力成本，还能避免人工造成的操作失误，提高精液分析的准确率。
63.优选的，操作人员可以直接使用拉曼光谱仪2对后处理区141内的经过分离和洗涤后的免疫复合物13进行拉曼检测，无需将免疫复合物13取出再进行拉曼检测，通过免疫复合物13的原位检测能够大大提高精液分析的效率。
64.具体地，本实施例中，如图2所示，后处理区141内留有分离和洗涤后的免疫复合物13，通过拉曼光谱仪2发射激光21照射免疫复合物13进行精液分析。
65.本发明的较佳的实施例中，反应区12和后处理区141之间设有一洗涤液入口15，用于接收外部泵入的磷酸缓冲液并输出至后处理区141。
66.具体地，实施例中，洗涤液入口15的管路直径为1mm。
67.本发明的较佳的实施例中，综合操作区14的长度为1.5mm，宽度为250um。
68.本发明的较佳的实施例中，综合操作区14的输出口连接一样品出口16，样品出口16用于输出免疫复合物13分离和洗涤过程中产生的废弃液体。
69.具体地，本实施例中，考虑到免疫复合物13分离和洗涤过程中会产生大量的废弃液体，若将废弃液体保留在后处理区141内会影响精液分析的结果，因此设置一个样品出口16连接综合操作区14的输出口以实时排放废弃液体。
70.具体地，本实施例，在制备微流控芯片1时，先利用无掩膜光刻工艺制作出微流控芯片1的硅片模具，然后利用聚二甲基硅氧烷倒模工艺对硅片模具进行倒模，最后对聚二甲基硅氧烷结构进行样品入口11与样品出口16的打孔，并与载玻片键合以制作出作为精液分析平台的微流控芯片1。
71.具体地，本实施例中，样品出口16的管路直径为1.6mm。
72.本发明的较佳的实施例中，还提供一种集成化精液分析方法，应用于上述集成化精液分析系统，如图3所示，具体包括以下步骤：
73.步骤s1，制备得到免疫磁珠和拉曼探针，并将免疫磁珠、拉曼探针和精液样品泵入对应的样品入口11流至反应区12；
74.步骤s2，反应区12对免疫磁珠、拉曼探针和精液样品进行混合及免疫反应得到免
疫复合物13；
75.步骤s3，综合操作区14对免疫复合物13进行分离和洗涤；
76.步骤s4，拉曼光谱仪2对位于综合操作区14内的分离和洗涤后的免疫复合物13进行拉曼检测得到精液样品的分析结果。
77.本发明的较佳的实施例中，制备得到免疫磁珠的方法如图4所示，具体包括以下步骤：
78.步骤a1，通过1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺与n-羟基丁二酰亚胺对羧基化磁珠进行表面羧基基团活化得到活化后磁珠；
79.步骤a2，将活化后磁珠与过量的il-8捕获抗体共同孵育制备得到表面偶联il-8捕获抗体的免疫磁珠。
80.具体地，本实施例中，为了提高精液特定标志物的分析精度采用表面偶联il-8捕获抗体的免疫磁珠作为精液il-8捕获端。
81.优选的，在实际操作时，先通过1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺与n-羟基丁二酰亚胺对羧基化磁珠进行表面羧基基团活化，再与il-8捕获抗体共同孵育得到最终所需的免疫磁珠。
82.本发明的较佳的实施例中，制备得到拉曼探针的方法如图5所示，具体包括以下步骤：
83.步骤b1，通过柠檬酸三钠还原法制备得到胶体金；
84.步骤b2，混合胶体金、拉曼信号分子及表面偶联剂进行第一次孵育；
85.步骤b3，加入过量的il-8检测抗体进行第二次孵育以制备出表面偶联拉曼信号分子与il-8检测抗体的拉曼探针。
86.具体地，本实施例中，为了提高精液特定标志物的分析精度采用表面偶联拉曼信号分子与il-8检测抗体的拉曼探针作为精液il-8检测端。
87.优选的，在实际操作时，先通过柠檬酸三钠还原法制备得到胶体金，然后将胶体金、拉曼信号分子及表面偶联剂充分混合进行第一次孵育，在第一次孵育结束后加入过量的il-8检测抗体进行第二次孵育以制备得到最终所需的拉曼探针。
88.以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
技术特征：1.一种集成化精液分析系统，其特征在于，包括:微流控芯片，所述微流控芯片包括：三个样品入口，各所述样品入口分别连接一反应区的输入口，各所述样品入口分别用于通入免疫磁珠、拉曼探针和精液样品至所述反应区内进行混合及免疫反应得到免疫复合物；综合操作区，所述综合操作区的输入口连接所述反应区的输出口，所述综合操作区用于接收并对所述免疫复合物进行分离和洗涤；拉曼光谱仪，用于对位于所述综合操作区内的分离和洗涤后的所述免疫复合物进行拉曼检测得到所述精液样品的分析结果。2.根据权利要求1所述的集成化精液分析系统，其特征在于，所述反应区包括：混合反应区，所述混合反应区为依次连接的多个椭圆微柱通道，所述混合反应区的输入口分别连接各所述样品入口；免疫反应区，所述免疫反应区为蛇形通道，所述免疫反应区的输入口连接所述混合反应区的输出口，所述免疫反应区的输出口连接所述综合操作区的输入口。3.根据权利要求2所述的集成化精液分析系统，其特征在于，各所述椭圆微柱通道的总长度为8mm，所述蛇形通道的总长度为60.5mm。4.根据权利要求1所述的集成化精液分析系统，其特征在于，所述综合操作区包括：后处理区，所述后处理区的输入口连接所述反应区的输出口，用于接收外部输入的磷酸缓冲液对所述免疫复合物进行洗涤；强磁体集成块，所述强磁体集成块集成于所述微流控芯片上并位于所述后处理区的外部，用于采用磁分离的方式分离出洗涤后的所述免疫复合物。5.根据权利要求4所述的集成化精液分析系统，其特征在于，所述反应区和所述后处理区之间设有一洗涤液入口，用于接收外部泵入的所述磷酸缓冲液并输出至所述后处理区。6.根据权利要求1所述的集成化精液分析系统，其特征在于，所述综合操作区的长度为1.5mm，宽度为250um。7.根据权利要求1所述的集成化精液分析系统，其特征在于，所述综合操作区的输出口连接一样品出口，所述样品出口用于输出所述免疫复合物分离和洗涤过程中产生的废弃液体。8.一种集成化精液分析方法，其特征在于，应用于如权利要求1-7中任意一项所述的集成化精液分析系统，具体包括以下步骤：步骤s1，制备得到所述免疫磁珠和所述拉曼探针，并将所述免疫磁珠、所述拉曼探针和精液样品泵入对应的所述样品入口流至所述反应区；步骤s2，所述反应区对所述免疫磁珠、所述拉曼探针和所述精液样品进行混合及免疫反应得到所述免疫复合物；步骤s3，所述综合操作区对所述免疫复合物进行分离和洗涤；步骤s4，所述拉曼光谱仪对位于所述综合操作区内的分离和洗涤后的所述免疫复合物进行拉曼检测得到所述精液样品的分析结果。9.根据权利要求8所述的集成化精液分析方法，其特征在于，制备得到所述免疫磁珠的方法具体包括以下步骤：
步骤a1，通过1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺与n-羟基丁二酰亚胺对羧基化磁珠进行表面羧基基团活化得到活化后磁珠；步骤a2，将所述活化后磁珠与过量的il-8捕获抗体共同孵育制备得到表面偶联il-8捕获抗体的所述免疫磁珠。10.根据权利要求8所述的集成化精液分析方法，其特征在于，制备得到所述拉曼探针的方法具体包括以下步骤：步骤b1，通过柠檬酸三钠还原法制备得到胶体金；步骤b2，混合所述胶体金、拉曼信号分子及表面偶联剂进行第一次孵育；步骤b3，加入过量的il-8检测抗体进行第二次孵育以制备出表面偶联拉曼信号分子与il-8检测抗体的所述拉曼探针。
技术总结本发明提供一种集成化精液分析系统及方法，包括：微流控芯片，微流控芯片包括：三个样品入口，各样品入口分别连接反应区的输入口，各样品入口分别用于通入免疫磁珠、拉曼探针和精液样品至反应区内进行混合及免疫反应得到免疫复合物；综合操作区，综合操作区的输入口连接反应区的输出口，综合操作区用于接收并对免疫复合物进行分离和洗涤；拉曼光谱仪，用于对位于综合操作区内的分离和洗涤后的免疫复合物进行拉曼检测得到精液样品的分析结果。有益效果是本发明中的微流控芯片集成有强磁体集成块，能够实现免疫复合物的自动化分离，并且可以直接使用拉曼光谱仪对位于综合操作区内的分离和洗涤后的免疫复合物进行拉曼检测，实现原位精液分析。实现原位精液分析。实现原位精液分析。
技术研发人员：冯世伦 修贤杰 宋鲁杰 赵建龙
受保护的技术使用者：中国科学院上海微系统与信息技术研究所
技术研发日：2022.06.29
技术公布日：2022/11/1
