CN115960698A - 一种全自动精子卵胞浆显微注射系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全自动精子卵胞浆显微注射系统，包括中部开设有通孔的旋转台，精子注射池覆盖通孔设置在旋转台上，旋转台下方设置有显微观察仪；所述精子注射池的前后纵轴上相对设置有卵子输送机构和受精卵收集机构，所述精子注射池左右横轴上相对设置有卵子细胞固定机构和精子注入机构；所述卵子输送机构、受精卵收集机构、卵子细胞固定机构、精子注入机构和旋转台的受控端分别与独立设置的图像识别控制系统的输出端连接，图像识别控制系统的输入端经CCD相机连接显微观察仪的输出端。本发明能够准确、自动、高效的完成单个精子注射入卵细胞浆内的操作，提高了工作效率以及受孕成功率。
Description
技术领域
本发明涉及医学技术领域，尤其涉及一种全自动精子卵胞浆显微注射系统。
背景技术
单精子卵胞浆显微注射（ICSI）即卵胞浆内单精子显微注射，借助显微操作系统，直接将单个精子注射入卵细胞浆内，从而使精子和卵母细胞被动结合完成受精过程，形成受精卵后，进行胚胎移植，达到妊娠目的。
当前的ICSI主要由人工借助显微操作系统进行，一边使用持卵针将卵母细胞固定，一边使用单精子注射针将吸取的单个精子注入到卵母细胞中，整个过程需要实验人员在倒置相差显微镜下，实时观察单精子注射针进入卵细胞的状态，人为把控注射单精子的时机，依赖于经验和手动操作技巧，对实验操作人员有较高的技术要求，通常需要两年以上的实操训练，才能熟练掌握整个操作流程，达成较好的注射效果。可见，人为操作的最大弊端在于，单精子注射效率较低，主观影响因素较大，导致单精子卵胞浆显微注射质量不稳定，影响后续胚胎的形成，尤其在辅助生殖中心等患者周期较多的医疗机构，最终影响受孕成功率。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种全自动精子卵胞浆显微注射系统，能够准确、自动、高效的完成单个精子注射入卵细胞浆内的操作，提高工作效率以及受孕成功率。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种全自动精子卵胞浆显微注射系统，包括旋转台，精子注射池设置于旋转台上，对应旋转台下方设置有采集精子注射池中图像信息的显微观察仪；所述精子注射池的前后纵轴上方相对设置有卵子输送机构和受精卵收集机构，所述精子注射池的左右横轴上方相对设置有卵子细胞固定机构和精子注入机构；所述卵子输送机构、受精卵收集机构、卵子细胞固定机构、精子注入机构和旋转台的受控端分别与独立设置的图像识别控制系统的输出端连接，图像识别控制系统的输入端经CCD相机连接显微观察仪的输出端。
上述一种全自动精子卵胞浆显微注射系统，所述卵子输送机构包括依次连通设置的卵子出样管、卵子流动管路、卵子池、卵子池传压管路和卵子池压力驱动模块，卵子出样管固定设置在精子注射池的后端；所述卵子池压力驱动模块的受控端连接图像识别控制系统的输出端。
上述一种全自动精子卵胞浆显微注射系统，所述受精卵收集机构包括依次连通设置的受精卵进样管、受精卵流动管路、受精卵池、受精卵池传压管路和受精卵池压力驱动模块，受精卵进样管固定设置在精子注射池的前端；所述受精卵池压力驱动模块的受控端连接图像识别控制系统的输出端。
上述一种全自动精子卵胞浆显微注射系统，所述卵子细胞固定机构包括固定设置的步进电机一，步进电机一的输出端通过固定连接的持卵针固定夹具安装有持卵针，持卵针位于精子注射池左侧上方，持卵针的尾部通过持卵针管路连接有持卵针压力驱动模块；所述持卵针压力驱动模块的受控端连接图像识别控制系统的输出端。
上述一种全自动精子卵胞浆显微注射系统，所述精子注入机构包括固定设置的步进电机二，步进电机二的输出端通过固定连接的精子注射针固定夹具安装有精子注射针，精子注射针位于精子注射池右侧上方，精子注射针的输入端经精子流动管路连通存储精子的精子池和为精子提供注入动力的精子注射压力驱动模块；所述精子注射压力驱动模块的受控端连接图像识别控制系统的输出端。
上述一种全自动精子卵胞浆显微注射系统，所述精子流动管路的一端连通精子注射针的输入端，精子流动管路的另一端分为相互垂直并连通的精子注射压力流动管路和精子运动流动管路，精子注射压力流动管路的末端连接注射压力驱动模块，精子运动流动管路的末端连接精子池；所述精子池的末端还通过精子池传压管路连接精子池压力驱动模块，精子池压力驱动模块的受控端连接图像识别控制系统的输出端。
上述一种全自动精子卵胞浆显微注射系统，所述精子运动流动管路靠近精子注射压力流动管路的部位设置有检测精子游过的检测机构。
上述一种全自动精子卵胞浆显微注射系统，所述检测机构包括设置在精子运动流动管路一侧的激光发射器一和激光发射器二以及设置在精子运动流动管路另一侧、并与激光发射器二相对的激光收集器，激光收集器的输出端连接图像识别控制系统的输入端。
由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。
本发明通过设置卵子池、精子池，增加了注射的样品量，将单精子注射过程进行了流程固定化，卵子细胞位置的调整、精子制动、单精子注射针刺入卵子细胞的位置均不依赖于人的主管视觉判断，增加了注射的统一性和稳定性；整个流程实现了自动化和标准化，增加了通量，单精子注射完毕的卵子细胞，自动收集到受精卵池，大大提高了工作效率和受孕成功率。
附图说明
图1为本发明的俯视图；
图2为本发明的局部侧视图；
其中：1、精子注射池，2、卵子出样管，3、卵子流动管路，4、卵子池，5、卵子池传压管路，6、卵子池压力驱动模块，7、受精卵进样管，8、受精卵流动管路，9、受精卵池，10、受精卵池传压管路，11、受精卵池压力驱动模块，12、步进电机一，13、持卵针固定夹具，14、持卵针，15、精子注射针，16精子注射针固定夹具，17、步进电机二，18、精子流动管路，18.1、精子注射压力流动管路，18.2、精子运动流动管路，19、精子注射压力驱动模块，20、精子池，21、精子池传压管路，22、精子池压力驱动模块，23、激光发射器一，24、激光发射器二，25、激光收集器，26、旋转台，27、显微观察仪，28、CCD相机，29、图像识别控制系统，30、持卵针压力驱动模块，31、持卵针管路，32、卵子细胞。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。
一种全自动精子卵胞浆显微注射系统，其结构如图1和图2所示，包括旋转台26、精子注射池1、显微观察仪27、CCD相机28和图像识别控制系统29，精子注射池1上设置有卵子输送机构、受精卵收集机构、卵子细胞固定机构和精子注入机构，图像识别控制系统29的输入端经CCD相机28连接显微观察仪27的输出端，图像识别控制系统29的输出端分别连接卵子输送机构、受精卵收集机构、卵子细胞固定机构、精子注入机构和旋转台26的受控端；各机构在图像识别控制系统29控制下协调作业，自动完成卵子细胞的输送、固定、精子注射和受精卵收集工作。
旋转台26中部开设有通孔，精子注射池1以覆盖通孔的形式设置在旋转台上，对应通孔的旋转台下方设置有显微观察仪27，如图2所示，为了方便观察到卵细胞中的纺锤体，显微观察仪27可以选用纺锤体观察仪。显微观察仪27对单精子注射过程进行成像，并将图像传输到CCD相机28，然后反馈给图像识别控制系统29，图像识别控制系统29对单精子注射过程进行识别和控制。
上述卵子输送机构和受精卵收集机构相对设置在精子注射池1的前后纵轴上；卵子细胞固定机构和精子注入机构设置在精子注射池1的左右横轴上；如图1所示。
卵子输送机构包括依次连通设置的卵子出样管2、卵子流动管路3、卵子池4、卵子池传压管路5和卵子池压力驱动模块6，卵子出样管2固定设置在精子注射池1的后端；卵子池压力驱动模块6的受控端连接图像识别控制系统29的输出端。
上述卵子池压力驱动模块6用于产生正压，推进卵子池4中的卵子细胞流过卵子流动管路3，进入卵子出样管2中，从卵子出样管2中输出的单个卵子进入精子注射池1。
受精卵收集机构包括依次连通设置的受精卵进样管7、受精卵流动管路8、受精卵池9、受精卵池传压管路10和受精卵池压力驱动模块11，受精卵进样管7固定设置在精子注射池1的前端；受精卵池压力驱动模块11的受控端连接图像识别控制系统29的输出端。
上述受精卵池压力驱动模块11用于产生负压，使受精卵进入受精卵进样管7，通过受精卵流动管路8，最终到达受精卵池9存储。
卵子出样管1和受精卵进样管7在前后纵轴上相对分布，间距200μm~250μm，内径均为120μm~200μm，能够使单个卵子细胞可以通过卵子出样管1，使单个注射后的受精卵通过受精卵进样管7。
卵子细胞固定机构包括固定设置的步进电机一12，步进电机一12的输出端通过固定连接的持卵针固定夹具13安装有持卵针14，持卵针14位于精子注射池1左侧上方，持卵针14的尾部通过持卵针管路31连接有持卵针压力驱动模块30；持卵针压力驱动模块30的受控端连接图像识别控制系统29的输出端。
持卵针压力驱动模块30用于产生负压，使持卵针14吸住单个卵子细胞32。本实施例中，持卵针14内径20~30μm，外径110~130μm。
精子注入机构包括固定设置的步进电机二17，步进电机二17的输出端通过固定连接的精子注射针固定夹具16安装有精子注射针15，精子注射针15位于精子注射池1右侧上方，精子注射针15的输入端经精子流动管路18连通存储精子的精子池20和为精子提供注入动力的精子注射压力驱动模块19；所述精子注射压力驱动模块19的受控端连接图像识别控制系统29的输出端。本实施例中，精子注射针内径5μm，外径7μm。
本发明中，精子流动管路18的一端连通精子注射针15的输入端，精子流动管路18的另一端分为相互垂直并连通的精子注射压力流动管路18.1和精子运动流动管路18.2，精子注射压力流动管路18.1的末端连接精子注射压力驱动模块19，精子运动流动管路18.2的末端连接精子池20。
精子池20的末端还通过精子池传压管路21连接精子池压力驱动模块22，精子池压力驱动模块22的受控端连接图像识别控制系统29的输出端。
精子池传压管路22用于产生正压，推进精子池20中的精子进入精子运动流动管路18.2；精子注射压力驱动模块19用于产生正压，使单个精子流入精子注射针15，并在精子注射针15刺入卵子细胞32后，将单个精子注入卵子细胞32。
精子运动流动管路18.2靠近精子注射压力流动管路18.1的部位设置有检测精子游过的检测机构。检测机构包括设置在精子运动流动管路18.2一侧的激光发射器一23和激光发射器二24以及设置在精子运动流动管路18.2另一侧、并与激光发射器二24相对的激光收集器25，激光收集器25的输出端连接图像识别控制系统29的输入端。
其中，激光发射器一23产生的激光照射精子尾部，使精子制动；激光发射器二24产生的激光照射精子头部，并与激光收集器25配合感应精子头部。
本实施例中，步进电机一12和步进电机二17均为XYZ三轴步进电机，精度50nm；旋转台26承载精子注射池1旋转以调整卵子细胞的纺锤体或第一极体方向，方便向卵子细胞中注射精子，旋转台26在图像识别控制系统29的控制下调整旋转角度，旋转精度为1°。
本发明的工作流程如下所述。
1）卵子细胞出样：将处理后的卵子细胞样品和精子样品分别装入卵子池4和精子池20，卵子池压力驱动模块6和精子池压力驱动模块22分别产生正压，其中卵子池压力驱动模块6推进卵子细胞进入卵子出样管2，卵子细胞进入精子注射池1后，显微观察仪27反馈到CCD相机28的图像进入图像识别控制系统29。
识别到单个卵子细胞后，图像识别控制系统29关闭卵子池压力驱动模块6，并启动持卵针压力驱动模块30，使持卵针14固定单个卵子细胞32。
2）卵子细胞位置调整：图像识别控制系统29将对卵子细胞32的纺锤体或第一极体进行识别，如果纺锤体或第一极体没有位于视野的12点钟或6点钟方向，将持卵针压力驱动模块30关闭，并控制旋转台26，使卵子细胞32的纺锤体或第一极体位于视野的12点钟或6点钟方向，持卵针压力驱动模块30再次启动，使持卵针14固定单个卵子细胞32。
3）精子制动：精子池压力驱动模块22推进精子池20中的精子进入精子运动流动管路18.2，激光发射器二24和激光收集器25之间的光路被精子头部阻断，激光发射器一23产生激光照射精子尾部，使精子制动，激光收集器25反馈给图像识别控制系统29后，图像识别控制系统29将精子池压力驱动模块22关闭，同时开启精子注射压力驱动模块19。
4）精子注射：制动后的单个精子被推进到精子注射针15尖端100μm处，并被图像识别控制系统29识别，精子注射压力驱动模块19反馈维持单个精子在精子注射针15中的位置；开启步进电机二17，精子注射针15尖端被推进到紧贴卵子细胞32，精子注射压力驱动模块19进一步将单个精子推进到精子注射针15尖端10~50μm；继续启动步进电机二17，当精子注射针15尖端被推进刺入卵子细胞30三分之二处，卵子细胞32膜破裂后，精子回流到精子注射针15尖端200μm位置，启动精子注射压力驱动模块19即将单个精子注射到卵子细胞32中；注射完毕后，启动步进电机二17将精子注射针15撤出卵子细胞32，关闭持卵针压力驱动模块30。
5）受精卵收集：开启受精卵池压力驱动模块11产生负压，受精卵被吸入受精卵池9，完成受精卵的收集。
下一次单精子注射将重复步骤1）~步骤5）。
Claims (8)
1.一种全自动精子卵胞浆显微注射系统，其特征在于：包括旋转台（26），精子注射池（1）设置在旋转台（26）上，对应旋转台（26）下方设置有对精子注射池进行图像信息采集的显微观察仪（27）；所述精子注射池（1）的前后纵轴上相对设置有卵子输送机构和受精卵收集机构，所述精子注射池（1）左右横轴上相对设置有卵子细胞固定机构和精子注入机构；所述卵子输送机构、受精卵收集机构、卵子细胞固定机构、精子注入机构和旋转台（26）的受控端分别与独立设置的图像识别控制系统（29）的输出端连接，图像识别控制系统（29）的输入端经CCD相机（28）连接显微观察仪（27）的输出端。
2.根据权利要求1所述的一种全自动精子卵胞浆显微注射系统，其特征在于：所述卵子输送机构包括依次连通设置的卵子出样管（2）、卵子流动管路（3）、卵子池（4）、卵子池传压管路（5）和卵子池压力驱动模块（6），卵子出样管（2）固定设置在精子注射池（1）的后端；所述卵子池压力驱动模块（6）的受控端连接图像识别控制系统（29）的输出端。
3.根据权利要求1所述的一种全自动精子卵胞浆显微注射系统，其特征在于：所述受精卵收集机构包括依次连通设置的受精卵进样管（7）、受精卵流动管路（8）、受精卵池（9）、受精卵池传压管路（10）和受精卵池压力驱动模块（11），受精卵进样管（7）固定设置在精子注射池（1）的前端；所述受精卵池压力驱动模块（11）的受控端连接图像识别控制系统（29）的输出端。
4.根据权利要求1所述的一种全自动精子卵胞浆显微注射系统，其特征在于：所述卵子细胞固定机构包括固定设置的步进电机一（12），步进电机一（12）的输出端通过固定连接的持卵针固定夹具（13）安装有持卵针（14），持卵针（14）位于精子注射池（1）左侧上方，持卵针（14）的尾部通过持卵针管路（31）连接有持卵针压力驱动模块（30）；所述持卵针压力驱动模块（30）的受控端连接图像识别控制系统（29）的输出端。
5.根据权利要求1所述的一种全自动精子卵胞浆显微注射系统，其特征在于：所述精子注入机构包括固定设置的步进电机二（17），步进电机二（17）的输出端通过固定连接的精子注射针固定夹具（16）安装有精子注射针（15），精子注射针（15）位于精子注射池（1）右侧上方，精子注射针（15）的输入端经精子流动管路（18）连通存储精子的精子池（20）和为精子提供注入动力的精子注射压力驱动模块（19）；所述精子注射压力驱动模块（19）的受控端连接图像识别控制系统（29）的输出端。
6.根据权利要求5所述的一种全自动精子卵胞浆显微注射系统，其特征在于：所述精子流动管路（18）的一端连通精子注射针（15）的输入端，精子流动管路（18）的另一端分为相互垂直并连通的精子注射压力流动管路（18.1）和精子运动流动管路（18.2），精子注射压力流动管路（18.1）的末端连接精子注射压力驱动模块（19），精子运动流动管路（18.2）的末端连接精子池（20）；所述精子池（20）的末端还通过精子池传压管路（21）连接精子池压力驱动模块（22），精子池压力驱动模块（22）的受控端连接图像识别控制系统（29）的输出端。
7.根据权利要求6所述的一种全自动精子卵胞浆显微注射系统，其特征在于：所述精子运动流动管路（18.2）靠近精子注射压力流动管路（18.1）的部位设置有检测精子游过的检测机构。
8.根据权利要求7所述的一种全自动精子卵胞浆显微注射系统，其特征在于：所述检测机构包括设置在精子运动流动管路（18.2）一侧的激光发射器一（23）和激光发射器二（24）以及设置在精子运动流动管路（18.2）另一侧、并与激光发射器二（24）相对的激光收集器（25），激光收集器（25）的输出端连接图像识别控制系统（29）的输入端。
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