TWI503415B - 精蟲篩選系統及其方法 - Google Patents

Description

精蟲篩選系統及其方法

本發明揭露一種精蟲篩選系統及其方法，更明確的說，本發明係提供了一種利用精子抵抗流體特性用來做精子活動力分選的精蟲篩選系統及其方法。

根據世界衛生組織的統計，大約有15%的夫婦有不孕症的問題，在這些不孕夫妻當中約有一半以上為男性因素所引起的，因此從男性身上得到品質優良的精蟲就顯得相當重要。受孕能力又以精蟲數量和精蟲活動力兩大因素來決定。目前一些常用來做人工受孕的方法可以根據精蟲數量和精蟲活動力分成三種技術：首先是人工受孕(artificial insemination)，這是最早應用於不孕症患者發展出的技術，其作法是將處理過的精液注射進入子宮內，使精卵結合，此種技術適用條件在病患精蟲濃度每毫升低於兩千萬隻，其中活動力佳的精蟲超過兩萬隻，且所需的時間約20至22小時；第二種方法是IVF(in vitro fertilization)，即一般所通稱的「試管嬰兒」，其作法是將精卵在體外受精並且培養後，再將發育中的胚胎植回母體內，此種技術是用條件在病患精蟲濃度每毫升低於一千萬隻，其中活動力佳的精蟲至少需要兩千至一萬隻，且所需的時間約20至22小時；第三種是卵細胞質內單一精蟲顯微注射術(Intracytoplasmic sperm injection,ICSI)，其作法是利用微細導管將一隻精蟲直接注射到卵子內受精，患者精蟲濃度每毫升低於一千萬隻且活動力佳的精蟲僅需數隻，可應用於嚴重不孕症患者，所需時間約為14至16小時。有鑒於上述人工生殖技術所需要的精蟲數量多，且所需的時間長，因此如何於短時間中自數萬隻精蟲中篩選出品質較佳的精蟲，為業界所欲努力發展之技術。

再者，在習知的技術中，如欲評估精液中精蟲的活動能力的高低時，大多係利用顯微鏡對精蟲的數量以及活動能力進行評估，然而，此方式並無法對精蟲進行篩選。有鑑於此，業界開發出一種利用精蟲的逆流特性來篩選精蟲的系統。更明確的說，先前技術於測試開始前將精蟲置放於一流道的出口端處，並同時自入口端處輸入一流體以迫使流體自該入口端往該出口端處流動。利用精蟲逆流而上的習性，體質較佳的精蟲將得以到達相對於該入口端處，反之，體質較弱的精蟲將被流體帶走或持續的位於流道之出口端附近，藉此自眾多精蟲中篩選出表現較佳者，如中華民國專利公開號第201109654號專利，即為一例。

再見另一文獻，『A.B.S.Cho al in 2nd Annual International IEEE-EMBS ecial Topic conference on Microtechnologies in Medicine & Biolog,pp156-159,2002，』。此篇文獻是利用高低差與微流道的毛細力將重力與表面張力轉換成穩定的淨水壓，進而提供穩流，具有活動力的精蟲會跨越穩定流場的邊界，流入末端131C蒐集槽，達到分選之效果。然而，由於精蟲將於體力消耗殆盡後死亡，故此迫使精蟲逆流而上將使精蟲損傷率維持在高水平且無法降低。除此之外，其結構中無法有效的擷取己經被區別的精蟲，亦為一存在己久且無法有效解決的問題。

另一方面，於習知的技藝中，臨床上多採用冷凍精液以作為精蟲的保存手段。因此，精液在解凍且回溫後，並非所有精蟲均得以恢復活動能力，故此，針對未恢復活動能力但本質上為健康且活動能力強的精蟲，習知的方式將因無法辨識直接地予以排除，造成精蟲樣本的浪費，在精蟲樣本極為稀少的狀況中，此將使篩選的程序更為困難。

據此，如何發展出一種新穎的精蟲篩選系統，以在有效的減低精蟲的損耗率之同時讓使用者得以輕易的擷取己被分類的精蟲，實為所屬技術領域具通常知識者所急欲解決的問題。

本發明的一範疇在於提供一種精蟲篩選系統，用以在一包含有複數隻精蟲的待測物中篩選較具活力之精蟲，其包含有一流體供給模組、一流體收集模組以及一流道模組。而流道模組係包含有一入口部、一工作區段以及一出口部，該入口部係連接該流體供給模組，而該出口部係連接該流體收集模組，該工作區段係設置於該入口部以及該出口部之間且連通該入口部以及該出口部，該工作區段係具有一初始區段，該初始區段係設置於該流道模組相對於該入口部之處。

其中，在應用時，該待測物係首先地被放置於該初始區段處，而該流體供給模組則以一指定流速對該流道模組輸入有一流體並往該流體收集模組流動以使該待測物中較有活力的精蟲將能抵抗具有該指定流速的該流體並維持原位，而待測物中較不具活力的精蟲將被帶至該流體收集模組。

在實際應用時，該流道模組包含有一漸擴式區段，該漸擴式區段係由該入口部往該出口部方向擴大。另外，該流道模組包含有一激活區段，該流體於該激活區段中之流速為該指定流速之以少三倍。更進一步地，該激活區段係設置有一激活結構，該激活結構係設置於該流道模組之中，該激活結構係用於減少該流道模組中可供該流體流動的該垂直切面面積。另外，該激活結構係呈一啞鈴形，該激活結構係具有一頭端、一連接端以及一末端，該連接端係設置於該頭端及該末端之間，該頭端、該連接端以及該末端係同時地與該流體之流動方向相互垂直以使該流體可自該激活結構之兩端往後流通。

更進一步的說，前述的激活結構之該頭端、該連接端以及該末端係圍設有一用於儲存精蟲的集精槽，該集精槽具有一深度，該深度的延伸方向係與該流體之流動方向相同。

再者，該流道模組得包含有一激活區段以及一接著區段，該接著區段係鄰接於該激活區段以及該初始區段之間，該流道模組於該激活區段中的平均垂直切面面積為該接著區段之垂直切面面積之三分之一以下。

另一方面，本發明的另一範疇在於提供一種精蟲篩選方法，其係用於自一包含有複數隻精蟲的待測物中篩選較具活力之精蟲，該方法係包含有以下程序如下。準備有該待測物；準備有一流道模組，該流道模組係具有一入口部、一工作區段以及一出口部，該流道模組中具有一流體，該流體係以一指定流速自該入口部往該出口部流動；以及將該精蟲設置於該流道模組中之該工作區段中相對於該入口部之處，藉此，該待測物中較有活力的精蟲將能抵抗具有該指定流速的該流體並維持原位，而待測物中較不具活力的精蟲將被帶往該出口部。

再者，本發明的再一範疇在於提供一種精蟲篩選方法，得用於激活處於未甦醒狀態的精蟲以使該精蟲得重新參與篩選，該方法包含有程序如下。準備有該精蟲，該精蟲係處於一未甦醒狀態；準備有一流道模組，該流道模組中具有一流體，該流體係具有一指定流速；將該精蟲設置於該流道模組中；以及提供該精蟲一達到該指定流速的三倍以上的流速以刺激該精蟲以使其回復活力。

綜合而言，本發明的其中之一特徵在於本發明之待測精子係自始設置於系統之入口處，而非出口處。再者，本發明亦得選擇性地增設有一激活設計，用於激活受冷藏儲存影響的精子。藉此，本發明在有效的減低精蟲的損耗率之同時讓使用者得以輕易的擷取已被分類的精蟲，解決了所屬技術領域具通常知識者所急欲解決的問題。

在對本發明進行進一步的說明前，需瞭解除非有另外定義，否則本說明書所用之所有技術及科學術語，皆具有與熟習本發明所屬技術者通常所瞭解的意義相同之意義。另外，本說明書目前所述者僅屬本發明的眾多實例方法之其中之一，在本發明之實際使用時，可使用與本說明書所述方法及裝置相類似或等效之任何方法或手段為之。再者，本說明書中所提及之一數目以上或以下，係包含數目本身。

且應瞭解的是，本說明書執行所揭示功能之某些方法、流程，並不以說明書中所記載之順序為限，除說明書有明確排除，否則各步驟、流程先後順序之安排端看使用者之要求而自由調整。再者，本說明書中的各圖式間的各元件間之比例已經過調整或省略以維持各圖面的簡潔，故此，除了說明書有明確說明外，圖面中的各個元件的相對應大小、位置以及形狀均僅供參考。再者，在不脫離本發明的發明觀念下，各個元件的大小、位置以及形狀等特徵之安排端看使用者之要求而自由變更。另外，考量本發明之各元件之性質為相互類似，故各元件間的說明、標號為相互適用。另外，為保持說明書之簡潔，下文所提及的『系統』以及『方法』一詞係分別指本發明的『精蟲篩選系統』以及『精蟲篩選方法』。需注意的是，本說明書中所提及之裝置、模組、模組、元件等組成部份並不以實際上相互獨立之硬體為限，其亦得以個別或整合後的軟體、韌體或硬體的方式呈現。

為了解決前述先前技術所存在的各種問題，本發明提出了一種新穎的精蟲篩選方法及其系統。簡單來說，相對於先前技術係將精蟲置放於流道的出口處，本發明中的待測物之初始置放位置係相對於流道的入口處以有效的減低精蟲的損耗率。除此之外，本發明亦揭露了一種漸擴型流道，藉由漸進式的增加流道某部份的截面積來階段性的減少該流道的流速，藉此能夠階段性的對不同活動能力的精蟲進行區隔。另一方面，本發明的精蟲篩選方法 除了得用於自一包含有複數隻精蟲的待測物中篩選較具活力的精蟲以外，亦革命性的提出一種藉由對精蟲增加流速來對精蟲進行刺激以使其得以回復正常的狀態之功能。

以下將先對本發明的精蟲篩選方法進行說明，首先，本發明的精蟲篩選方法得被用於自一包含有複數隻精蟲的待測物中篩選較具活力之精蟲，其包含有以下步驟。首先，分別準備有該待測物以及一流道模組。於本例中，該待測物為一豬隻精液，然而，其不以此為限，舉凡人類、牛、馬等具有精蟲的精液均得為本發明之應用標的。而該流道模組係具有一入口部、一工作區段以及一出口部，該流道模組中具有一流體，該流體係以一指定流速自該入口部往該出口部流動。接著，將該精蟲設置於該流道模組中之該工作區段中相對於該入口部之處，藉此，該待測物中較有活力的精蟲將能抵抗具有該指定流速的該流體並維持原位，而待測物中較不具活力的精蟲將被帶往該出口部。需知悉的是，於必要時，本說明書中提及的指定流速係被定義為流體進入流道模組之入口部時的流速。另一方面，本發明的精蟲篩選方法與先前技術最大的相異之處在於其精蟲係自始設置於該入口部處而非出口部處。

另一方面，本發明的精蟲篩選方法之另一範疇在於提供一種得以激活處於未甦醒狀態的精蟲以使該精蟲得重新參與篩選，該方法係包含有程序如下列。首先，分別地準備有至少一處於一未甦醒狀態的精蟲以及準備有一流道模組，該流道模組中具有一流體，該流體係具有一指定流速。接著，將該精蟲設置於該流道模組中。隨後再提供該精蟲一達到該指定流速的三倍以上、二十倍以下流速的流體以刺激該精蟲並使其回復活力。需注意的是，前述的未甦醒狀態得指精液已完全解凍但其中的精蟲僅能發揮其部份活動能力之狀態。

需注意的是，目前於各文獻中均未見任一技術得以教示利用 高流速流體來使精蟲自未甦醒狀態中重新取得活力，同時，亦尚未有任何理論得以解釋精蟲為何得對其提供高流速將得使其自未甦醒狀態中回復活力。經推斷，該高流速之環境應係使精蟲誤認為其為處於一正在射精之狀態，故其潛能將得以被激發以使其得回復正常之行動能力，再者，配合前述將該精蟲設置於該流道模組中之相對於該入口部處之設計，本發明的精蟲將不會於被激發前被淘汰，藉此有效的減少精蟲樣本的折損率。

在說明本發明的精蟲篩選方法後，以下將對本發明的精蟲篩選系統進行說明，本發明的精蟲篩選系統係用以在一包含有複數隻精蟲的待測物中篩選較具活力之精蟲。請一併參閱圖一及圖二，圖一係繪述了本發明的精蟲篩選系統於一較佳具體實施例時的上視圖，而圖二則係繪述了本發明的精蟲篩選系統中的流道模組於同樣的較佳具體實施例時的上視圖。

由圖可見，本發明的精蟲篩選系統A係大致得分為流體供給模組2、流體收集模組3以及一流道模組1。簡單來說，流體供給模組2係用以對流道模組1供給有一流體F，而流體收集模組3亦係用於接收自該流道模組1排出的流體F。而於本例中，流體供給模組2係用於容置有一具有指定高度的液體，以持續地對流道模組1中的流道提供一持續、穩定且具有指定速度的流場。另外，由於流體供給模組2以及流體收集模組3的設計均係與習知技術中所教示的靜水壓差之流場系統相似，故此以下將對其細部設計進行省略。

接著，請參閱圖二，由圖可見，於本例中，本發明的流道模組1係大致的包含有一工作區段10、一入口部20以及一出口部30。該入口部20係連接該流體供給模組2以自其取得一具有一指定流速的流體F，而該出口部30係連接該流體收集模組3以接收該流體F。工作區段10係設置於該入口部20與該出口部30之間且貫通其二者，工作區段10係泛指設於入口部20及出口部 30間，用於對精蟲SP進行分類、篩選之區段，其中，該工作區段10係具有一初始區段11，該初始區段11係設置於該流道模組1相對於該入口部20之處，用於在篩選開始時供一包含有複數隻精蟲SP的待測物S設置。

在應用時，該待測物S係首先地被放置於該初始區段11處，而該流體供給模組2則以一指定流速對該流道模組1輸入有一流體F並往該流體收集模組3流動，同時，該待測物S中較有活力的精蟲SP將能抵抗具有該指定流速的該流體F並維持原位，而待測物S中較不具活力的精蟲SP將被該流體F帶至該流體收集模組3。

此舉使得以克服指定流速的流體F之精蟲SP得以持續的停留在該初始區段11處，不但可避免精蟲SP因逆流而上而產生損傷，而且更得幫助使用者在分類完成後得以簡單地進行精蟲SP的收集。另一方面，由於精蟲SP係自始設置於初始區段11處，精蟲SP亦得具有更長的時間以使其得自未甦醒狀態中甦醒，藉而減少精蟲SP因未甦醒狀態而被意外廢棄的機會。

另一方面，本發明的流道模組1的工作區段10中又得按其功能的需求選擇性地增設有一漸擴式區段12。請一併參閱圖二，以及請參閱圖三A，圖三A係繪述了本發明的漸擴式區段於一較佳實施例時於實際應用時真實比例的顯微照片，需注意的是，圖中所繪述的各個元件之比例、大小及各結構之相對位置應得作為本說明書之後續增修之依據。由圖可見，前述的一漸擴式區段12係指該流道模組1可供流體F通過的通道大小係漸進式的增加來進行速度層級分選。由於流體F的流速與其通道的大小係成反比，故此，該漸擴式區段12得藉由不同速度的流體來區隔多種具有不同活動能力的精蟲SP並使其停留於相對應的區段中。更明確地說，漸擴式區段12相對於該入口部20方向的部份之垂直切面面積中可供流體流動部份的面積係較該漸擴式區段12相對 於該出口部30方向的部份小。在實際應用時，漸擴式區段12寬度每增加100μm處得增設有數字做標示。本設計所產生的流體流速可藉由流體力學的公式計算。其中具有活動力的精蟲會抵抗流體速度，依據精蟲活動能力不同停留在不同流體速度的位置。需知悉的是，前述的垂直切面面積係指垂直於本發明的流道模組1的延伸長度方向的垂直切面。更明確的說，必要時，該垂直切面的面積可選擇性的被解釋為流體得自該垂直切面流通之面積的大小，而定義該流道模組1的材料部份所佔用之面積應得予以忽略。

再者，為了能對處於未甦醒狀態的精蟲SP進行刺激，本發明的流道模組1的工作區段10中又選擇性的增設有一激活區段13。於該激活區段13中，該流體F係以指定流速之以少三倍流經該處，唯其不以三倍為限，該激活區段13之流速得為指定流速的三倍至二十倍之間。藉此，當處於未甦醒狀態的精蟲SP流經該激活區段13時，精蟲SP便得以受刺激以使精蟲SP脫離未甦醒狀態以使其回復活力。如圖二之設計為例，激活區段13中係設置有一激活結構131，該激活結構131係用於減少該流道模組1之激活區段13中可供該流體F流動的空間進而增加流體F流經激活區段13時的流速。更明確的說，請參閱圖三B，圖三B係繪述了本發明的激活區段於一較佳實施例時於實際應用時真實比例的顯微照片，也因此，圖中所繪述的各個元件之比例、大小及各結構之相對位置應得作為本說明書之後續增修之依據。由圖可見，於本例中，該激活結構131係呈一啞鈴形，而該呈啞鈴形的激活結構131係具有一頭端131A、一連接端131B以及一末端131C，該連接端131B係連接並位於頭端131A及末端131C之間。該頭端131A、該連接端131B以及該末端131C之排列方向係地與該流體F之流動方向相互垂直以使該流體F可自該激活結構131相對於連接端131B的另一方向之兩端往後流通。

另一方面，激活結構131之該頭端131A、該連接端131B以及該末端131C係圍設有一用於儲存精蟲SP的集精槽131D，該集精槽131D具有一深度，該深度的延伸方向係與該流體F之流動方向相同。另一方面，藉由該集精槽131D之設計，其可以有效阻隔死與活的精蟲。為了更明確的定義激活區段13及激活結構131之設計，本發明的工作區段10更得定義有一鄰接於激活區段13的接著區段14。接著區段14係鄰接於該激活區段13並位於其與入口部20或初始區段11之間。該流道模組1於該激活區段13中的平均垂直切面面積為該接著區段14之三分之一至二十分之一間，藉此，該激活區段13之流速將得以被提升至三倍至二十倍之間。而該接著區段14於其流動方向之水平長度係相同。

需知道的是，本發明的流道模組1的激活區間並不以具有激活結構131為限，其亦得藉由調整流道模組1的形狀來改變流道可供流體F流動的垂直切面面積進而調整其流速，如圖四所繪述者，即為一例。

綜合而言，本發明的其中之一特徵在於本發明之待測精子係自始設置於系統之入口處，而非出口處。再者，本發明亦得選擇性地增設有一激活設計，用於激活受冷藏儲存影響的精子。藉此，本發明在有效的減低精蟲的損耗率之同時讓使用者得以輕易的擷取已被分類的精蟲，解決了所屬技術領域具通常知識者所急欲解決的問題。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

A‧‧‧精蟲篩選系統

F‧‧‧流體

S‧‧‧待測物

SP‧‧‧精蟲

1‧‧‧流道模組

10‧‧‧工作區段

11‧‧‧初始區段

12‧‧‧漸擴式區段

13‧‧‧激活區段

131‧‧‧激活結構

131A‧‧‧頭端

131B‧‧‧連接端

131C‧‧‧末端

131D‧‧‧集精槽

14‧‧‧接著區段

20‧‧‧入口部

30‧‧‧出口部

2‧‧‧流體供給模組

3‧‧‧流體收集模組

圖一係繪述了本發明的精蟲篩選系統於一較佳具體實施例時的上視圖。

圖二則係繪述了本發明的精蟲篩選系統中的流道模組於一較佳具體實施例時的上視圖。

圖三A及圖三B係分別繪述了本發明的漸擴式區段以及激活區段於一較佳實施例時於實際應用時真實比例的顯微照片。

圖四則係繪述了本發明的精蟲篩選系統中的流道模組於另一具體實施例時的上視圖。

F‧‧‧流體

S‧‧‧待測物

SP‧‧‧精蟲

1‧‧‧流道模組

10‧‧‧工作區段

11‧‧‧初始區段

12‧‧‧漸擴式區段

13‧‧‧激活區段

131‧‧‧激活結構

14‧‧‧接著區段

20‧‧‧入口部

30‧‧‧出口部

Claims (6)

1. 一種精蟲篩選系統，用以在一包含有複數隻精蟲的待測物中篩選較具活力之該精蟲，其包含有：一流體供給模組；一流體收集模組；以及一流道模組，包含有一入口部、一工作區段、一激活區段以及一出口部，該入口部係連接該流體供給模組，而該出口部係連接該流體收集模組，該工作區段係設置於該入口部以及該出口部之間且連通該入口部以及該出口部，該工作區段係具有一初始區段，該初始區段係設置於該流道模組相對於該入口部之處，該激活區段係設置有一激活結構，該激活結構係設置於該流道模組之中，該激活結構係用於減少該流道模組中可供該流體流動的該垂直切面的面積；其中該激活結構係呈一啞鈴形，該激活結構係具有一頭端、一連接端以及一末端，該連接端係設置於該頭端及該末端之間，該頭端、該連接端以及該末端係同時地與該流體之流動方向相互垂直以使該流體可自該激活結構之兩端往後流通；其中，在應用時，該待測物係首先地被放置於該初始區段處，而該流體供給模組則以一指定流速對該流道模組輸入有一流體並往該流體收集模組流動以使該待測物中較有活力的該精蟲將能抵抗具有該指定流速的該流體並維持原位，而該待測物中較不具活力的該精蟲將被帶至該流體收集模組。
2. 如申請專利範圍第1項所述的精蟲篩選系統，其中該流道模組 包含有一漸擴式區段，該漸擴式區段係由該入口部往該出口部方向擴大。
3. 如申請專利範圍第1項所述的精蟲篩選系統，其中該流道模組包含有一激活區段，該流體於該激活區段中之流速為該指定流速之以少三倍。
4. 如申請專利範圍第1項所述的精蟲篩選系統，其中激活結構之該頭端、該連接端以及該末端係圍設有一用於儲存該精蟲的集精槽，該集精槽具有一深度，該深度的延伸方向係與該流體之流動方向相同。
5. 如申請專利範圍第1項所述的精蟲篩選系統，其中該流道模組包含有一激活區段以及一接著區段，該接著區段係鄰接於該激活區段以及該初始區段之間，該流道模組於該激活區段中的平均垂直切面面積為該接著區段之垂直切面面積之三分之一以下。
6. 一種精蟲篩選方法，用於激活處於未甦醒狀態的至少一精蟲以使該精蟲得重新參與篩選，該方法包含有以下程序：準備有該精蟲，該精蟲係處於一未甦醒狀態；準備有一流道模組，該流道模組係具有一入口部、一工作區段以及一出口部，該流道模組中具有一流體，該流體係具有一指定流速；將該精蟲設置於該流道模組中之該工作區段中相對於該入口部之處；以及提供該精蟲一達到該指定流速的三倍以上的流速以刺激該精蟲以使其回復活力。