CN106222067A - 一种用于精子分选的微流控芯片 - Google Patents

一种用于精子分选的微流控芯片 Download PDF

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李翼飞
房海燕
李德才
郭鹏
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Abstract

本发明涉及一种用于精子分选的微流控芯片，其特征在于：包括基片(A)和底板(B)；所述基片(A)和底板(B)叠合组成封闭通道，基片(A)表面一侧设有样本加样池(3)和处理液加样池(1)，基片(A)表面另一侧设有样本收集池(10)和处理液收集池(13)；基片(A)表面一侧与基片(A)表面另一侧之间设有封闭通道。本发明利用层流原理，在样本流两侧形成2束处理液流，当液流达到稳定流速时，不能运动或者运动速度低的精子随着样本流到达样本收集池，能够运动的精子经过运动离开样本流，到达处理液流，最终到达处理液收集池。

Description

一种用于精子分选的微流控芯片
技术领域
本发明涉及微流控技术和利用活力度分选精子领域，尤其是涉及一种用于精子分选的微流控芯片。
背景技术
精子活力是受孕的关键因素之一，精子活率高的精液，其活动能力强的精子数量相对也较高，因此受孕的机率也高。
目前广泛采用的精子优选技术有上游技术、密度梯度离心技术等。上游技术是利用精子自身能够游动的原理而设计，精子在上游过程中，可以脱离精浆中某些内源性的抑精物质，如各种抗精子抗体，各类其他细胞等，并使精子在体外活动时间得以延长，但上游技术对高质量精子回收率相对较低。而密度梯度离心技术处理后高质量精子回收率提高，但易造成精子DNA过氧化损伤，目前已有报道的基于微流控技术，检测和筛选精子，其原理是利用宫颈粘液在样品池中吸附活力稍差的精子及白细胞、上皮细胞等，再利用缓冲液加样池中加入缓冲液，通过缓冲液液流将样品池中的活力高精子带到样品收集池中，达到高活力精子的筛选和收集，但该技术较复杂，既要宫颈粘液吸附，又要缓冲液被动将精子流冲到样品收集池，精子不是主动流动，精子质量好坏不易控制。
发明内容
本发明设计了一种用于精子分选的微流控芯片，其解决的技术问题是现有精子分选技术存在操作复杂，需要复杂处理，会对精子造成的损伤，并且精液标本不可重复利用等技术缺陷。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：
一种用于精子分选的微流控芯片，其特征在于：包括基片(A)和底板(B)；所述基片(A)和底板(B)叠合组成封闭通道，基片(A)表面一侧设有样本加样池(3)和处理液加样池(1)，基片(A)表面另一侧设有样本收集池(10)和处理液收集池(13)；基片(A)表面一侧与基片(A)表面另一侧之间设有封闭通道，所述封闭通道结构如下为：
所述样本加样池(3)依次经样本加样孔(4)、样本输送泳道(6)与分离泳道(7)的输入端连通，处理液加样池(1)依次经处理液加样孔(2)、处理液输送泳道(5)也与分离泳道(7)的输入端连通；
所述分离泳道(7)输出端依次经样本收集泳道(8)、样本收集孔(11)与样本收集池(10)连通，所述分离泳道(7)输出端还依次经处理液收集泳道(9)、处理液收集孔(12)与处理液收集池(13)连通。
进一步，所述封闭通道数量为复数。
进一步，样本输送泳道(6)、处理液输送泳道(5)、样本收集泳道(8)及处理液收集泳道(9)的高度都为50-500微米；样本输送泳道(6)、处理液输送泳道(5)、样本收集泳道(8)及处理液收集泳道(9)的宽度都为100-1000微米。
进一步，分离泳道(7)的高度为50-500微米、宽度为300-2000微米以及长度为10-50毫米。
进一步，样本输送泳道(6)和处理液输送泳道(5)交汇处的夹角范围为0°-90°；样本输送泳道(6)和处理液输送泳道(5)宽度比值范围为0.5-2。
样本加样池(3)、处理液加样池(1)、样本收集池(10)以及处理液收集池(13)都为长方体；它们的宽度为1-50毫米，长度为10-200毫米，深度1-10毫米。
进一步，样本加样孔(4)、处理液加样孔(2)、样本收集孔(11)以及处理液收集孔(12)都为圆柱体结构，它们的半径为1-10毫米，深度为1-10毫米。
进一步，所述基片(A)由微注塑或热压印或微雕刻工艺加工成型，基片(A)和底板(B)热压键合或激光封接或胶接封接而成，封接之后芯片表面进行表面修饰处理。
进一步，所述基片(A)的材质为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、环烯烃共聚物或聚碳酸酯中的任意一种。
进一步，所述底板(B)的材质为石英、玻璃、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、环烯烃共聚物或聚碳酸酯中的任意一种。
该用于精子分选的微流控芯片具有以下有益效果：
(1)本发明利用层流原理，在样本流两侧形成2束处理液流，当液流达到稳定流速时，不能运动或者运动速度低的精子随着样本流到达样本收集池，能够运动的精子经过运动离开样本流，到达处理液流，最终到达处理液收集池。
(2)本发明在样本流双侧都形成处理液流有利于分离不同方向运动的精子。
(3)本发明样本输送泳道与处理液输送泳道之间的夹角为0°-90°，能在液流交汇处形成稳定的层流，不会形成紊流。如在交汇处产生紊流，则会使得不运动的精子到达处理液，达不到好的分离效果。
(4)本发明是微注塑加工成型，与聚二甲基硅氧烷使用倒模加工相比，本发明更易于批量生产，成本更低，并且材质为硬质材料，较聚二甲基硅氧烷等软质材料相比稳定性更好。
(5)本发明操作简单，能直接在显微镜下实时观察精子的分离效果，获得足够数量的优质精子，将显著提高体外授精(IVF)和卵胞浆内单精子显微注射(ICSI)的成功率。
(6)本发明不需要离心处理，减少了对精子的损伤。
(7)本发明设有多组泳道，故分选时间较单通道芯片短、精液标本可以重复利用：其特别适合于辅助生殖技术中的IVF、ICSI，在精子优选中具有良好的应用前景。
附图说明
图1：本发明用于精子分选的微流控芯片的聚合物基片结构示意图；
图2：本发明用于精子分选的微流控芯片的立体结构示意图。
附图标记说明：
1-处理液加样池；2-处理液加样孔；3-样本加样池；4-样本加样孔；5-处理液输送泳道；6-样本输送泳道；7-分离泳道；8-样本收集泳道；9-处理液收集泳道；10-样本收集池；11-样本收集孔；12-处理液收集孔；13-处理液收集池；A-基片；B-底板。
具体实施方式
下面结合图1和图2，对本发明做进一步说明：
如图1所示的一种用于分选精子的微流控芯片的基片A上结构，包括处理液加样池1，处理液加样孔2，样本加样池3，样本加样孔4，处理液输送泳道5，样本输送泳道6，分离泳道7，样本收集泳道8，处理液收集泳道9，样本收集池10，样本收集孔11，处理液收集孔12，处理液收集池13。
精液样本经过样本加样池3依次经过样本加样孔4、样本输送泳道6进入分离泳道7。处理液经过处理液加样池1依次经过处理液加样孔2、处理液输送泳道5进入分离泳道7。精液样本与处理液在分离泳道中形成稳定层流。
稳定层流经过分离泳道7后分成两路：一路依次经过样本收集泳道8、样本收集孔11最终到达样本收集池10，另一路依次经过处理液收集泳道9、处理液收集孔12最终到达处理液收集池13。处理液收集池13中最终收集的是高质量精子和处理液的混合物。
流体运动分为层流和湍流两种状态。层流流动是指流体微团互不掺混、运动轨迹有条不紊地流动。流体在管内低速流动时呈现为层流，其质点沿着与管轴平行的方向作平滑直线运动。精子样本和处理液在分离泳道中形成稳定的层流，各个流体层之间有边界，当精子运动速度大于一定数值，就可以穿过流体层的边界直接进入到样本收集池10，因而样本收集池10中的精子质量高。若速度较慢，则会留在样本流中，淘汰质量较差的精子。
上述结构参数如下：
样本加样池3和样本收集池10的深度为5毫米，长度为10毫米，宽度为5毫米。
处理液加样池1和处理液收集池13的深度为5毫米，长度为20毫米，宽度为5毫米。
样本加样孔4，处理液加样孔2，样本收集孔11，处理液收集孔12的半径为2毫米，深度为5毫米。
处理液输送泳道5、样本输送泳道6、样本收集泳道8及处理液收集泳道9的高度都为100微米、宽度都为200微米。
分离泳道7的高度为100微米、宽度为300微米和长度为40毫米。
处理液输送泳道5与样本输送泳道6之间现成的夹角为30°。
基片A由聚甲基丙烯酸甲酯材料制成，按照泳道和加样池制作模具，使用微注塑工艺加工成型，底板由聚甲基丙烯酸甲酯材料制成，聚合物基片和底板使用热压键合，以光学显微镜和泳道流通性检测设备对键合后的基片进行检测，评估键合效果。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于精子分选的微流控芯片，其特征在于：包括基片(A)和底板(B)；所述基片(A)和底板(B)叠合组成封闭通道，基片(A)表面一侧设有样本加样池(3)和处理液加样池(1)，处理液加样池(1)加入的是精液处理液，样本加样池(3)加入的是待分选精液；基片(A)表面另一侧设有样本收集池(10)和处理液收集池(13)，样本收集池(10)收集到是高质量精液，处理液收集池(13)收集到是高质量精子和处理液的混合物；基片(A)表面一侧与基片(A)表面另一侧之间设有封闭通道，所述封闭通道结构如下为：
所述样本加样池(3)依次经样本加样孔(4)、样本输送泳道(6)与分离泳道(7)的输入端连通，处理液加样池(1)依次经处理液加样孔(2)、处理液输送泳道(5)也与分离泳道(7)的输入端连通；
所述分离泳道(7)输出端依次经样本收集泳道(8)、样本收集孔(11)与样本收集池(10)连通，所述分离泳道(7)输出端还依次经处理液收集泳道(9)、处理液收集孔(12)与处理液收集池(13)连通。
2.根据权利要求1所述用于精子分选的微流控芯片，其特征在于：所述封闭通道数量为复数。
3.根据权利要求1或2所述用于精子分选的微流控芯片，其特征在于：样本输送泳道(6)、处理液输送泳道(5)、样本收集泳道(8)及处理液收集泳道(9)的高度都为50-500微米；样本输送泳道(6)、处理液输送泳道(5)、样本收集泳道(8)及处理液收集泳道(9)的宽度都为100-1000微米。
4.根据权利要求1、2或3所述用于精子分选的微流控芯片，其特征在于：分离泳道(7)的高度为50-500微米、宽度为300-2000微米以及长度为10-50毫米。
5.根据权利要求1、2、3或4所述用于精子分选的微流控芯片，其特征在于：样本输送泳道(6)和处理液输送泳道(5)交汇处的夹角范围为0°-90°；样本输送泳道(6)和处理液输送泳道(5)宽度比值范围为0.5-2。
6.根据权利要求1-5中任何一项所述用于精子分选的微流控芯片，其特征在于：样本加样池(3)、处理液加样池(1)、样本收集池(10)以及处理液收集池(13)都为长方体；它们的宽度为1-50毫米，长度为10-200毫米，深度1-10毫米。
7.根据权利要求1-6中任何一项所述用于精子分选的微流控芯片，其特征在于：样本加样孔(4)、处理液加样孔(2)、样本收集孔(11)以及处理液收集孔(12)都为圆柱体结构，它们的半径为1-10毫米，深度为1-10毫米。
8.根据权利要求1-7中任何一项所述用于精子分选的微流控芯片，其特征在于：所述基片(A)由微注塑或热压印或微雕刻工艺加工成型，基片(A)和底板(B)热压键合或激光封接或胶接封接而成，封接之后芯片表面进行表面修饰处理。
9.根据权利要求1-8中任何一项所述用于精子分选的微流控芯片，其特征在于：所述基片(A)的材质为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、环烯烃共聚物或聚碳酸酯中的任意一种。
10.根据权利要求1-9中任何一项所述用于精子分选的微流控芯片，其特征在于：所述底板(B)的材质为石英、玻璃、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、环烯烃共聚物或聚碳酸酯中的任意一种。
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