CN109943467A - 一种辅助体外受精的微流控生殖芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种辅助体外受精的微流控生殖芯片，生殖芯片上设有卵细胞溶液入口和精液输入口；在精液输入口至卵细胞溶液入口之间依次设有精子筛选区域和受精区域；精子筛选区域设有筛选管道、培养液入口、精液入口、精液出口；受精区域设有受精管道和培养液出口；精液输入口、精液入口、筛选管道、受精管道和培养液出口依次连通；培养液入口和精液出口分别与筛选管道连通。该生殖芯片将精子筛选和精卵结合集成在同一微流控芯片上，在完成精子筛选后无需将精子引出芯片外即可进行精卵结合，节省工序步骤且能够减小人为干扰因素。
Description
技术领域
本发明涉及生殖医学设备领域，具体地说是一种辅助体外受精的微流控生殖芯片。
背景技术
试管婴儿技术是上个世纪70年代末英国科学家发明的一种新技术，为治疗不孕不育症开辟了新的途径。体外受精是试管婴儿技术的关键步骤之一，它采用人工方法让卵细胞和精子在体外相遇并结合。部分高等级医院配备了精子质量检测分析系统，精液分析是男性不育症的诊断、治疗和科研中基本而重要的检查，常规分析中精子密度、精子活动度、精子活率等综合分析是了解和评估男性生育能力的重要依据，用以人工挑选最优的精子参与试管婴儿实验，从而保证生殖质量。
反应精液属性的众多指标中，最终“活性”指标于近期被学术界揭示。在体外授精的过程中，医生需要找出最健康最强壮的精子来进行授精，这个过程通常需要几小时。
目前医院仍然采用的人工操作受孕方法，由于实验室条件、操作人员技术水平及经验不等，造成受孕结果的差异，也降低了试管婴儿的成功率，给临床诊断和科研工作带来了困难。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种辅助体外受精的微流控生殖芯片，该生殖芯片将精子筛选和精卵结合集成在同一微流控芯片上，在完成精子筛选后无需将精子引出芯片外即可进行精卵结合，节省工序步骤且能够减小人为干扰因素。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种辅助体外受精的微流控生殖芯片，生殖芯片上设有卵细胞溶液入口和精液输入口；在精液输入口至卵细胞溶液入口之间依次设有精子筛选区域和受精区域；精子筛选区域设有筛选管道、培养液入口、精液入口、精液出口；受精区域设有受精管道和培养液出口；精液输入口、精液入口、筛选管道、受精管道和培养液出口依次连通；培养液入口和精液出口分别与筛选管道连通。采用这种结构后，将精子筛选和精卵结合集成在同一微流控芯片上，在完成精子筛选后无需将精子引出芯片外即可进行精卵结合，节省工序步骤且能够减小人为干扰因素。
优选地，精液入口与精液出口分别设于筛选管道的径向一侧的两端，培养液入口与受精管道分别设于筛选管道的径向一侧的两端并与精液入口和精液出口一一对应；液体通过时，筛选管道内对应精液入口和精液出口的一侧为精液、对应培养液入口和受精管道的一侧为培养液。采用这种结构后，在精液和营养液之间形成存在剪切作用的分界界面。
优选地，培养液入口和精液入口分别与注射泵连接，精液出口和培养液出口分别与导管连接。
优选地，通过调控注射泵的功率调节筛选管道内精液和培养液的流速，精液和培养液的流速不同，精液和培养液之间形成存在剪切作用的分界界面。采用这种结构后，可以采用流体的剪切作用实现精子的筛选。
优选地，通过调控精液和培养液的流速比改变分界界面的剪切速率，从而设定筛选比例。采用这种结构后，针对活性不同的精液，可以通过调控精液和培养液的流速比改变分界界面的剪切速率，从而设定筛选比例。适用范围更加广泛。
优选地，精液出口和精液入口之间还设有循环流道，循环流道内的液体流向为从精液出口流向精液入口。采用这种结构后，针对精子样品稀少的情况，可以实现精液的循环注入，提高利用率。
优选地，受精管道的大小逐渐减小。采用这种结构后，受精管道的逐渐减小形成一个楔形结构，楔形结构起到内筛网的作用，配合正方向的液体流速，可以把卵细胞或者受精卵卡住，从而固定住卵细胞和受精卵的位置。
优选地，受精管道内设有菱形阵列使液体在受精管道内曲折流动。
优选地，受精结束后移除受精卵时，封闭精液入口和精液出口，培养液出口与注射泵连接，培养液入口与导管连接。采用这种结构后，实现流控受精卵逆向洗出，简单易行且不容易破坏受精卵。
优选地，筛选管道为等直径直管道。采用这种结构后，等径直管道方便控制流速且更适合实现剪切筛选。
总的说来，本发明具有如下优点：
1.本发明将精子筛选和精卵结合集成在同一微流控芯片上，在完成精子筛选后无需将精子引出芯片外即可进行精卵结合，更好地实现标准化体外受精过程，节省工序步骤，去除人工主观干扰因素。
2.本发明的生殖芯片可以调控生殖过程，通过控制流体的流速，不但精密控制卵细胞达到特定反应区域，而且能够调控精子逆流而上的运动情况，从而完成精子活性在线评估与引导最优精子参加受孕同时完成。更好地模拟了生殖过程中精液的运动环境，有利于更准确测准“活性”指标。
3.采用剪切流场进行筛选，对整体活性不同的精子溶液，可以调控流速比改变剪切速率，从而设定筛选比例。
4.采用微流控控制卵细胞到达既定位置并保持在流道的特殊位置，等待最优的精子结合，标准统一，有利于学术研究在相同外部环境下开展统计，各种结果之间具有可比性。
附图说明
图1为本发明生殖芯片的外观结构示意图。
图2为精子筛选区域和受精区域的示意图。
图3为精子筛选区域的筛选管道的示意图。
图4为受精区域的示意图。
图5为卵细胞固定原理示意图。
图6为受精卵移除状态下精子筛选区域和受精区域的示意图。
图7为实验测试十字交叉分支结构的微流控生殖芯片的照片。
图中的标号和对应的零部件名称为：1-卵细胞溶液输入口，2-精液输入口，3-精子筛选区域，4-受精区域，5-基底，6-培养液入口，7-精液入口，8-培养液出口，9-精液出口，10-筛选管道，11-培养液流经区域，12-精液流经区域，13-潜在的卵细胞固定卡位，A表示高流速的培养液区域，B表示低流速的精液区域，C表示A和B两区域的液体因流速不同而产生的分界界面，D表示受精区域，E表示菱形阵列。图2、图3和图6中虚线表示剪切流的分界界面(即C)。图3中水平指向的箭头阵列表达的是速度梯度分布。圆形虚线框示意的是：活性更高的精子将有更大的概率从B区域“跨越”界面C而进入A区域，这一“跨越”即完成了剪切流场筛选活性更高的精子。图中箭头表示液体的流向。图7是用于测试十字交叉分支结构的微流控生殖芯片，生殖芯片的管道含有2入2出的十字交叉分支结构(图7中三条直线为对应的管道部分)，是本发明的生殖芯片在筛选管道长度为0时的特例，在交叉点位置观察剪切流分界界面。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明做进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。
一种辅助体外受精的微流控生殖芯片，包括上层和基底层，上层设置在基底层上，上层设有卵细胞溶液入口和精液输入口。在精液输入口至卵细胞溶液入口之间设有筛选管道、培养液入口、精液入口、精液出口、受精管道和培养液出口；精液输入口、精液入口、筛选管道、受精管道和培养液出口依次连通；培养液入口和精液出口分别与筛选管道连通。筛选管道为等直径直管道。精液入口与精液出口分别设于筛选管道的径向一侧的两端，培养液入口与受精管道分别设于筛选管道的径向一侧的两端并与精液入口和精液出口一一对应，培养液出口设在受精管道的末端。液体通过筛选管道时，筛选管道内对应精液入口和精液出口的一侧为精液、对应培养液入口和受精管道的一侧为培养液。
培养液入口和精液入口分别与注射泵连接，精液出口和培养液出口分别与导管连接。通过调控注射泵的功率调节筛选管道内精液和培养液的流速，精液和培养液的流速不同，精液和培养液之间形成存在剪切作用的分界界面。利用流体的剪切作用实现精子的筛选。通过控制培养液和精液的流速，可以精密控制卵细胞达到受精区域，能够调控精子逆流而上的运动情况，从而完成精子活性在线评估与引导最优精子参加受孕同时进行。
可以针对活性不同的精液，可以调控通过调控精液和培养液的流速比改变分界界面的剪切速率，从而设定筛选比例。适用范围更加广泛。
精液出口和精液入口之间还设有循环流道，循环流道内的液体流向为从精液出口流向精液入口。针对精子样品稀少的情况，可以实现精液的循环注入，提高利用率。受精管道内设有菱形阵列使液体在受精管道内曲折流动。设计曲折且收缩的管道起到内筛网的作用，从而固定住卵细胞和受精卵的位置。
该生殖芯片的使用方法，从卵细胞溶液入口向生殖芯片加入卵细胞溶液，卵细胞经过受精管道到达图5中的菱形阵列区域，受限于体积恰好固定在楔形收缩区域。从精液输入口向生殖芯片加入精液，从培养液入口想生殖芯片加入培养液，精液经过精液入口进入筛选管道，通过调控培养液入口和精液入口的注射泵的功率调节培养液和精液的流速。如图2和图3所示，在精液和培养液之间形成了液体分界界面，图3中，A表示高流速的培养液区域，B表示低流速的精液，由圆形的虚线框示意可见，活性更高的精子将有更大的概率从B区域“跨越”分界界面C进入A区域，该“跨越”即为剪切作用筛选活性更高的精子的过程。
受精结束后移除受精卵时，封闭精液入口和精液出口，停止向筛选管道内注入精液，培养液出口与注射泵连接，培养液入口与导管连接。培养液的流动方向为由培养液出口流向培养液入口，受精卵经过最初的数小时培养以后，将受精卵逆向洗出，再开展后续检测与植入母体的过程。简单易行且不容易破坏受精卵。
除了上述实施例提及的方式外，受精管道还可以为设计曲折的管道。这些变换方式均在本发明的保护范围内。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种辅助体外受精的微流控生殖芯片，其特征在于：生殖芯片上设有卵细胞溶液入口和精液输入口；在精液输入口至卵细胞溶液入口之间依次设有精子筛选区域和受精区域；精子筛选区域设有筛选管道、培养液入口、精液入口、精液出口；受精区域设有受精管道和培养液出口；精液输入口、精液入口、筛选管道、受精管道和培养液出口依次连通；培养液入口和精液出口分别与筛选管道连通。
2.按照权利要求1所述的辅助体外受精的微流控生殖芯片，其特征在于：精液入口与精液出口分别设于筛选管道的径向一侧的两端，培养液入口与受精管道分别设于筛选管道的径向一侧的两端并与精液入口和精液出口一一对应；液体通过时，筛选管道内对应精液入口和精液出口的一侧为精液、对应培养液入口和受精管道的一侧为培养液。
3.按照权利要求1所述的辅助体外受精的微流控生殖芯片，其特征在于：培养液入口和精液入口分别与注射泵连接，精液出口和培养液出口分别与导管连接。
4.按照权利要求3所述的辅助体外受精的微流控生殖芯片，其特征在于：通过调控注射泵的功率调节筛选管道内精液和培养液的流速，精液和培养液的流速不同，精液和培养液之间形成存在剪切作用的分界界面。
5.按照权利要求4所述的辅助体外受精的微流控生殖芯片，其特征在于：通过调控精液和培养液的流速比改变分界界面的剪切速率，从而设定筛选比例。
6.按照权利要求1所述的辅助体外受精的微流控生殖芯片，其特征在于：精液出口和精液入口之间还设有循环流道，循环流道内的液体流向为从精液出口流向精液入口。
7.按照权利要求1所述的辅助体外受精的微流控生殖芯片，其特征在于：受精管道的大小逐渐减小。
8.按照权利要求7所述的辅助体外受精的微流控生殖芯片，其特征在于：受精管道内设有菱形阵列使液体在受精管道内曲折流动。
9.按照权利要求3所述的辅助体外受精的微流控生殖芯片，其特征在于：受精结束后移除受精卵时，封闭精液入口和精液出口，培养液出口与注射泵连接，培养液入口与导管连接。
10.按照权利要求5所述的辅助体外受精的微流控生殖芯片，其特征在于：筛选管道为等直径直管道。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111154619A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-05-15 | 浙江大学 | 一种高质量精子体外筛选装置及使用方法 |
| CN115491301A (zh) * | 2022-09-05 | 2022-12-20 | 武汉大学 | 一种集成精子获能、精子分选、体外受精和胚胎培养的微流控芯片及其制备方法与应用 |
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2019
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| CN111154619B (zh) * | 2020-01-17 | 2024-01-09 | 浙江大学 | 一种高质量精子体外筛选装置及使用方法 |
| CN115491301A (zh) * | 2022-09-05 | 2022-12-20 | 武汉大学 | 一种集成精子获能、精子分选、体外受精和胚胎培养的微流控芯片及其制备方法与应用 |
| CN115491301B (zh) * | 2022-09-05 | 2023-09-15 | 武汉大学 | 一种集成精子获能、精子分选、体外受精和胚胎培养的微流控芯片及其制备方法与应用 |
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