DE3039825A1

DE3039825A1 - Verfahren und einrichtung zur bestimmung der bewegungsfaehigkeit von spermazellen

Info

Publication number: DE3039825A1
Application number: DE19803039825
Authority: DE
Inventors: Asher Jerusalem Porath-Furedi
Original assignee: PORATH FUREDI ASHER
Current assignee: PORATH FUREDI ASHER
Priority date: 1979-10-25
Filing date: 1980-10-22
Publication date: 1981-05-07
Also published as: IL58559A; US4402614A; IL58559A0

Description

Asher Porath-Furedi JERUSALEM (Israel)

VERFAHREN UND EINRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG DER BEWEGUNGS-FAEHIGKEIT VON SPERMAZELLEN

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bestimmung der Bewegungsfähigkeit von Spermazellen.

Die Spermabewegungsfähigkeit - d.h. die eigenständige Bewegung einzelner Spermazellen, - wird als eines der wichtigsten Kriterien angesehen, die die Befruchtungsfähigkeit von Spermazellen beeinflussen. Demzufolge ist die Bestimmung der Spermabewegungsfähigkeit in kommerzieller Hinsicht von Bedeutung, um die Eignung einer Spermaprobe für die künstliche Befruchtung von z.B. Tieren beurteilen zu können.

Eine grosse Anzahl von Techniken zur Bestimmung der Bewegungsfähigkeit von Spermazellen sind schon vorgeschlagen worden. Eines der bekannten Verfahren basiert auf der kontinuierlichen, fotografischen Beobachtung der Bewegung einzelner Spermazellen; ein anderes bekanntes Verfahren gründet darauf, dass die Probe periodisch, nach Ablauf bestimmter Zeitintervalle, überprüft wird, z.B. durch mehrfache fotografische Aufnahmen. Eine weitere bekannte Verfahrensweise beruht auf der Messung von Licht, das von der Probe zerstreut wird; bei Verwendung eines Lasers teilt sich der zerstreute Lichtstrahl nach dem Dopplereffekt in verschiedene Frequenzen auf und es kann ein Spektrum abge-

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tastet werden, welches seine Eigenschaften in Abhängigkeit von der Bewegung der Spermazellen verändert. Allgemein muss aber gesagt werden, dass diese bekannten Verfahren eine Reihe von Nachteilen aufweisen. Entweder werden nur ungenaue Resultate erhalten, oder es verstreicht eine beträchtliche Zeit, bis die Resultate greifbar sind, oder aber die zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen Apparaturen sind teuer und kompliziert.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bestimmung der Bewegungsfähigkeit von Spermazellen vorzuschlagen, welche diese Nachteile nicht mehr aufweist. Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird dies dadurch erreicht, dass ein Lichtstrahl in eine Suspension der zu untersuchenden Spermaprobe gerichtet wird, dass die vom Sperma in der Lösung reflektierten Lichtstrahlen optisch abgetastet werden, und dass die Anzahl der Reflektionen pro Zeiteinheit gezählt wird,um eine Bezugszahl der Spermabewegungsfähigkeit zu erhalten, die der Bewegungsfähigkeit der untersuchten Probe proportional ist.

Das Verfahren gemäss der Erfindung beruht dabei auf der Szintillationszählung des Lichtes, das durch die Spermazellen reflektiert wird, gemäss dem sogenannten "Tyndall-Effekt".

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Dieser Effekt kann definiert werden als die sichtbare Zerstreuung des Lichtes entlang dem Weg eines Lichtstrahls, während dem er durch ein Ungleichmässigkeiten enthaltendes System durchtritt; im vorliegenden Fall bilden die einzelnen Spermazellen die Ungleichmässigkeiten. Das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung muss dabei unterschieden werden von den vorerwähnten Verfahren, die sich die Lichtstreuung zu Nutze machen, weil das zerstreute Licht nach dem Doppier-Effekt in einzelne Frequenzen unterteilt wird, so dass ein von der Spermabewegungsfähigkeit abhängiges Spektrum erhalten wird. Im Gegensatz dazu werden die Reflektionen des Lichtes ,das durch die Spermazellen zerstreut wird, beim erfindungsgemässen Verfahren direkt abgetastet und pro Zeiteinheit gezählt, um eine Bezugszahl für die Bewegungsfähigkeit der Zellen zu erhalten.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform, wie sie im folgenden noch näher beschrieben wird, wird die zu untersuchende Lösung in Form eines relativ dünnen Filmes auf einen Träger aufgebracht, wobei der Lichtstrahl in einem Winkel von höchstens 30° auf den Lösungsfilm gerichtet wird. Ausserdem ist es angezeigt, die von der Spermalösung reflektierten Lichtstrahlen durch einen optischen Leser aufzufangen, welcher in einem Winkel von zumindest annähernd 90° zur Ebene des besagten Lö-

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sungsfilmes angeordnet ist.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird eine Einrichtung ^ur Bestimmung der Bewegungsfähigkeit von Spermazellen vorgeschlagen, welche erJiindungsgemäss einen Träger für eine Spermasuspension aufweist, deren Bewegungsfähigkeit bestimmt werden soll, welche ferner eine Lichtquelle zur Erzeugung eines Lichtstrahles in die genannte Speraiasuspension auf diesem Träger sowie einen optischen Leser für die Erfassung der Reflektionen des Lichtstrahles, die durch das Sperma in der Lösung hervorgerufen werden, aufweist, und dass schliesslich ein Zähler zur Zählung der Anzahl der Reflektionen pro Zeiteinheit vorhanden ist, welcher eine Bezugszahl für die Bewegungsfähigkeit des in der Lösung vorhandenen Spermas liefert.

Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Einrichtung umfasst der Träger ein Paar transparenter Platten, welche durch eine Mehrzahl von kleinen Abstandshaltern voneinander getrennt sind; die zu untersuchende Spermalösung befindet sich dabei im Zwischenraum zwischen den beiden transparenten Platten,

Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor.

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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen?

Fig. 1 Eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Einrichtung zum Erfassen der Bewegungsfähigkeit von Spermazellen, und

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Probenträger, der in der Einrichtung gemäss Fig. 1 verwendet werden kann.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfasst die Einrichtung einen Probenträger, der generell mit 2 bezeichnet ist, und der zur Aufnahme einer Spermalösung bestimmt ist„ dessen Bewegungsfähigkeit ermittelt werden soll. Der Aufbau dieses Probenträgers 1 geht im Detail aus Fig. 2 hervor= Er umfasst ein Paar von transparenten Platten 2a und 2b, z.B„ aus Glas_y die durch eine Mehrzahl von kleinen Plastikkugeln 2c voneinander getrennt sind. Die Spermaprobe, die untersucht werden soll und die in der Form einer verdünnten oder unverdünnten Lösung vorliegt, wird in den Raum zwischen den Kugeln 2c eingebracht. Die Kugeln 2c besitzen einen sehr geringen Durchmesser, etwa in der Grössenordnung von 100 micron, so dass die zu untersuchende Lösung als sehr dünner Film zwi-

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sehen den beiden Platten 2a und 2b vorliegt. Als Beispiel kann angegeben werden, dass die Kugeln aus Polystyren sind und einen Durchmesser von 0/1 mm aufweisen.

Die Einrichtung, die in Fig. 1 dargestellt ist, besitzt eine Lichtquelle^ um einen Lichtstrahl in die Lösung im Träger 2 zu richten. Die Lichtquelle 4 ist so angeordnet, dass der Lichtstrahl unter einem kleinen Winkel, bis zu etwa 30°, in die Suspension im Träger 2 einfällt.

Die Bewegung der Spermazellen innerhalb der Lösung im Träger 2 erzeugt durch Reflektion Lichtblitze. Diese werden, über einen optischen Vergrösserer 6, durch einen optischen Leser 8 abgetastet. Sowohl der optische Vergrösserer 6 (z.B. ein Mikroskop) als auch der optische Leser 8 (z.B. eine Fotozelle oder ein Fotovervielfacher) sind unter einem Winkel von zumindest annähernd 90° zum Probenträger 2 angeordnet, wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist.

Der optische Leser 8 liefert ein elektrisches Ausgangssignal, welches eine Wechselstrom-Komponente beinhaltet, die den Lichtblitzen, bzw. Lichtreflektionen entspricht, welche durch die Bewegung der Spermazellen in der Lösung im Halter 2 entstehen. Dieses elektrische Ausgangssignal wird einem Wechsel-

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stromverstärker 10 zugeführt, welcher lediglich den Wechselstromanteil des Signals verstärkt. Der Ausgang des Verstärkers 10 gelangt zu einem Auswertegerät 12, welches die Anzahl der Spitzen pro Zeiteinheit zählt. Dadurch.dass lediglich die Wechselstromkomponente des elektrischen Signales vom Leser 8 verstärkt wird, verstärkt der Verstärker 10 nur den stetig wechselnden Anteil des Ausgangssignals, der von der Bewegung der Spermazellen hervorgerufen wird, während das ebenfalls vorhandene, im wesentlichen konstante Störsignal, das vom durch den Probenträger 2 ebenfalls reflektierte Licht hervorgerufen wird, nicht am Ausgang des Verstärkers 10 erscheint. Das vom Auswertegerät gelieferte Informationssignal gelangt einerseits zu einer Anzeigeeinheit 14 und andererseits zu einer akustischen Üeberwachungseinheit 16.

Das Auswertegerät 12 kann mit einer variablen Zeiteinheit-Einstellung versehen sein, so dass die festgestellte Anzahl von Reflektionen pro Zeiteinheit eine Bezugszahl für die Bewegungsfähigkeit der Spermazellen im Träger 2 liefert. Die Anzeigeeinheit 14 kann diese Information wahlweise in digitaler oder analoger Form anzeigen. Die akustische Üeberwachungseinheit 16 kann dazu dienen ,ein Niederfrequenz-Signal zu erzeugen, dessen Tonhöhe in Abhängigkeit von der empfangenen Anzahl von Refkletionen pro Zeiteinheit schwankt.

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Beispiel:

Die zu untersuchende Probelösung soll unverdünnt als dünner Film von ca. 0,1 mm Stärke auf den Träger 2 aufgebracht v/erden. Dazu wird die Probe vorteilhaft mit Kügelchen 2c gemischt und diese Mischung auf die Glasplatte 2a aufgebracht. Nun wird die zweite Glasplatte 2b daraufgelegt; durch die beigemischten Kügelchen 2c wird gewährleistet, dass die beiden Glasplatten 2a und 2b einen bestimmten Abstand voneinander einhalten, wobei im Zwischenraum die Probelösung als dünner Film vorliegt. Der optische Vergrösser 6 wird auf eine Vergrösserung von 100x und auf eine Beobachtungsfläche von 1,2 mm Durchmesser eingestellt. Die Ausrichtung des optischen Vergrösserers erfolgt in einem Winkel von 90° zum Träger 2, während die Lichtquelle 4 unter einem Winkel von 8° zum Probenträger 2 angeordnet wird. In diesem Beispiel zeigt eine Zählrate von 60'000 pro Minute das Vorliegen einer gesunden Probe an.

Die Erfindung wurde vorstehend an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles beschrieben. Es soll aber darauf hingewiesen werden, dass verschiedene Modifikationen und Variationen im Rahmen der erfindungsgemässen Definition möglich sind.

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L e e r s e i t e

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1) Verfahren zur Bestimmung der Bewegungsfähigkeit von Spermaze11en/

dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtstrahl in eine Suspension der zu untersuchenden Spermaprobe gerichtet wird, dass die vom Sperma in der Lösung reflektierten Lichtstrahlen optisch abgetastet werden, und dass die Anzahl der Reflektionen pro Zeiteinheit gezählt wird, um eine Bezugszahl der Spermabewegungsfähigkeit zu erhalten, die der Bewegungsfähigkeit der Spermazelle in der untersuchten Probe proportional ist.

2) Verfahren nach Patentanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

dass die zu untersuchende Lösung in Form eines dünnen

Filmes aufgetragen wird und dass der Lichtstrahl unter

einem Winkel von weniger als 30° in diese Lösung gerichtet wird.

3) Verfahren nach Patentanspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Filmes bis zu 100 micron beträgt.

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4) Verfahren nach Patentanspruch 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet, dass die von der Spermalösung reflektierten Lichtstrahlen durch einen optischen Leser abgetastet werden, der zumindest annähernd in einen Winkel von 90° zur Ebene des zu untersuchenden Lösungsfilmes angeordnet ist.

5) Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Träger für eine Spermasuspension aufweist, deren Bewegungsfähigkeit bestimmt werden soll, und dass sie eine Lichtquelle zur Erzeugung eines Lichtstrahles in die genannte Suspension auf diesem Träger sowie einen optischen Leser für die Erfassung der Reflektionen des Lichtstrahles, die durch das Speoma in der Lösung hervorgerufen werden, aufweist, und dass schliesslich ein Zähler zur Zählung der Anzahl fier Reflektionen pro Zeiteinheit vorhanden ist, weleher eine Bezugszahl für die BewegungsfiShigkeit des φη. der Lösung vorhandenen Spermas liefert.

BAD ORIGINAL

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-—6i—Einrichtung nach Anspruch 5,

d adurch gekennzeichnet, dass der Träger die Spermasuspension in der Form eines dünnen Filmes aufnimmt, wobei die Lichtquelle so angeordnet ist, dass der Lichtstrahl in einem Winkel von weniger als 30° auf die Oberfläche dieses dünnen Filmes auftrifft.

7) Einrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der optische Leser unter einem Winkel von im wesentlichen 90° zum Film in der Probe angeordnet ist.

8) Einrichtung nach Einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenträger ein Paar von transparenten Platten aufweist, die durch eine Mehrzahl von kleinen Kugeln im Abstand voneinander gehalten sind, wobei die zu untersuchende Spermasuspension im Zwischenraum zwischen den Kugeln augenommen ist.

9) Einrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln aus Kunststoff bestehen und einen Durchmesser von nicht mehr als 100 micron aufweisen.

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GOPV

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10) Einrichtung nach einem der Ansprüche 5-9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem optischen Leser und dem Probenträger ein optisches Vergrosserungsgerat angeordnet ist.

11) Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte optische Leser ein elektrisches Ausgangssignal liefert, welches eine Wechselstromkomponente enthält, die der Anzahl der empfangenen Reflektionen proportional ist, wobei ein Wechselstromverstärker vorgesehen ist, der lediglich die genannte Wechselstromkomponente des Leser-Ausgangssignales verstärkt.

12) Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 - 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine aktustische und/oder optische Anzeigeeinheit vorgesehen ist, welche eine der Anzahl der Reflektionen pro Zeiteinheit proportionale Anzeige liefert.

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