TWI684753B - 精蟲篩選晶片及使用其進行精蟲篩選之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提出一種精蟲篩選晶片以及使用其進行精蟲篩選之方法。所述精蟲篩選晶片包含：流道結構，自第一側端至第二側端依序配置有相互連通之漸擴流場區域、主流道、及漸縮主流道；流體注入口、精液注入口、及精液抽取口，分隔地位於第一側端且連通至漸擴流場區域之主輸入通道；以及廢液出口，位於第二側端且連通至漸縮主流道。漸擴流場區域進一步包含自主輸入通道分支而匯流入主流道的複數個子輸入通道，且複數個子輸入通道於交接主流道處具有漸擴的通道寬度。與此相對，漸縮主流道朝向廢液出口具有漸縮的通道寬度。

Description

精蟲篩選晶片及使用其進行精蟲篩選之方法
本發明涉及一種精蟲篩選晶片及使用其進行精蟲篩選之方法。具體而言，本發明涉及一種具有分開之廢液出口與精液抽取口的精蟲篩選晶片及使用其進行精蟲篩選之方法
男性精蟲的品質不佳時常是不孕症的主因之一，且因此在人工生殖技術中篩選精蟲的技術越來越受到重視。承上，雖然精蟲的品質主要可藉由型態來判定，但使用染色等技術來檢測精蟲型態後容易對於精蟲造成傷害，且因而不適合作為後續輔助生育使用。因此，一般運用於人工生殖之精蟲係藉由不傷害精蟲的精子運動學來檢測及篩選。
目前，已發展出不少利用精子運動學來篩選精蟲的技術及相對應的微流體晶片。然而，為了增進受孕的機會和受精卵的品質，仍需繼續改善篩選精蟲的技術，並設計建構更能快速地分離具優良品質精蟲的微流體晶片。
解決問題之技術手段
為解決上述問題，根據本發明之一實施例提出一種精蟲篩選晶片，其包含：流道結構，自第一側端至第二側端依序配置有相互連通之漸擴流場區域、主流道、及漸縮主流道；流體注入口、精液注入口、及精液抽取口，分隔地位於第一側端且連通至漸擴流場區域之主輸入通道：以及廢液出口，位於第二側端且連通至漸縮主流道。其中，漸擴流場區域進一步包含自主輸入通道分支而匯流入主流道的複數個子輸入通道，且複數個子輸入通道於交接主流道處具有漸擴的通道寬度。另外，漸縮主流道朝向廢液出口則具有漸縮的通道寬度。
根據本發明之另一實施例提出一種應用上述精蟲篩選晶片進行精蟲篩選的方法。所述方法包含以下步驟：步驟(a)：通過流體注入口注入流體，且維持該流體持續性地通入流道結構，以建立預定流場；步驟(b)：通過精液注入口一次性地注入預定量的待篩選精液至主輸入通道；步驟(c)：等待一預定時間，使待篩選精液藉由預定流場進行分選； 以及步驟(d)：通過精液抽取口施加抽取外力來抽取經篩選精液。其中，待篩選精液中較無活動力的一部分精蟲係藉由預定流場而運送至廢液出口，且經篩選精液包含待篩選精液中較具活動力的精蟲。
對照先前技術之功效
依據本發明之各實施例所提供之精蟲篩選晶片及進行精蟲篩選的方法，可利用位於相反兩側端分開之廢液出口與精液抽取口來分別排出淘汰之精蟲及收集所需之精蟲。因此，可減少或避免藉由同一出口排出廢液及收集精蟲時可能會發生的不同品質精蟲混雜之問題，進而可提升所收集之精蟲的品質。
下文中將描述各種實施例，且所屬技術領域中具有通常知識者在參照說明搭配圖式下，應可輕易理解本發明之精神與原則。然而，雖然在文中會具體說明一些特定實施例，這些實施例僅作為例示性，且於各方面而言皆非視為限制性或窮盡性意義。因此，對於所屬技術領域中具有通常知識者而言，在不脫離本發明之精神與原則下，對於本發明之各種變化及修改應為顯而易見且可輕易達成的。
參照根據本發明之一實施例的圖1，精蟲篩選晶片10包含流道結構100以及連通該流道結構100的流體注入口210、精液注入口220、精液抽取口250、及廢液出口310。具體而言，精蟲篩選晶片10之流道結構100自第一側端12至第二側端14延伸，且依序配置有相互連通之漸擴流場區域110、主流道120、及漸縮主流道130。其中，流體注入口210、精液注入口220、及精液抽取口250分隔地位於第一側端12，且連通至漸擴流場區域110之主輸入通道112。詳言之，連同圖1參照圖2A，流體注入口210、精液注入口220、及精液抽取口250位於流道結構100之第一側端12且相互分開，並可藉由分別的連接管道210t、220t、及250t通入漸擴流場區域110之主輸入通道112。承上，藉由此結構，從流體注入口210或精液注入口220輸入的流體或精液可流至漸擴流場區域110之主輸入通道112，並順應地進入流道結構100。相對的，流道結構100中的流體或精液亦可通過主輸入通道112藉由精液抽取口250抽出。
接著，繼續參照圖1及圖2A，漸擴流場區域110進一步包含自主輸入通道112分支而匯流入主流道120的複數個子輸入通道115。例如，如圖1及圖2A所示之八個子輸入通道115。然而，此處所示之子輸入通道115之數量僅為示例，且本發明不限於此。其中，複數個子輸入通道115於交接主流道120處可以各種形式具有漸擴的通道寬度。舉例而言，複數個子輸入通道115之每一個與該主流道120交接處可具有如圖1及圖2A所示之三角形之形狀(其中底邊對應於子輸入通道115與該主流道120交接邊界)，且可由通道寬度W1逐漸擴張成進入主流道120時的通道寬度W2(其中底邊之邊長可對應於通道寬度W2，但本發明不限於此)。藉此，當流體流送至此時，可藉由流體通過之截面積增大的作用在此處(複數個子輸入通道115之每一個與該主流道120交接處)建立減速的預定子流場。詳言之，流場之流速可根據V=Q/A來決定，其中V為流速，Q是微流體(主要為流體且包含待篩選精液)之體積，且A是流道之截面積。承上，在一般微流體晶片固定流道高度之情況下(下文中，流道結構100皆預設為流道高度相同)，流速便會隨著通道寬度的增加而下降。基於此原則，可在流道結構100之不同部分建立不同流速之子流場，以用於篩選具有不同活動力之精蟲。
根據本發明之一些實施例，參照圖2A，在漸擴流場區域110中，以主輸入通道112遠離第一側端12之末端為起始節點P1朝第二側端14係呈現樹狀分支。舉例而言，在一些實施例中，複數個子輸入通道115可基於起始節點P1呈現樹狀分支。另外，根據另一些實施例，如圖1及圖2A所示，複數個子輸入通道115亦可與起始節點P1之間具有一或多個其他階層之樹狀分支子通道。詳細而言，基於起始節點P1可先樹狀分支為兩個子通道(第一階層分支B1)，且第一階層分支B1之兩個子通道之每一個可再各別樹狀分支為兩個子通道(第二階層分支B2)，再接著第二階層分支B2之四個子通道之每一個可再各別樹狀分支為兩個子通道(第三階層分支B3)。換言之，依據圖1及圖2A所示之示例，複數個子輸入通道115可與起始節點P1之間具有兩層階層分支(第一階層分支B1與第二階層分支B2)，且複數個子輸入通道115為基於起始節點P1之第三階層分支B3。然而，複數個子輸入通道115之數量、複數個子輸入通道115與起始節點P1之間的樹狀分支子通道的階層數量、樹狀分支時由一個通道分支之子通道的數量等皆不限於在此所繪示之具體示例。
由於複數個子輸入通道115係藉由漸擴的通道寬度(通道寬度W1至通道寬度W2)交接匯流入主流道120，因此在一些實施例中，複數個子輸入通道115之每一個的最大通道寬度(例如第二通道寬度W2)之總和可小於或等於主流道120的通道寬度W3。
接著，參照圖1及圖2B，承上述，主流道120係接續連接於漸擴流場區域110之後，且流體、精液或其組合可藉由漸擴流場區域110之引導減速而匯流至主流道120。根據一較佳實施例，主流道120係保持固定的通道寬度，且藉此減速後匯流進主流道120之流體可在主流道120維持大致固定的流速。因此，被引導帶入主流道120之待篩選精液可在主流道120中進行篩選，且此將於後續說明書中詳細說明。
接著，參照圖1及圖2C，從相對朝向第一側端12之一側延伸朝向第二側端14之一側之主流道120於末端接續連接漸縮主流道130。承上，漸縮主流道130朝向位於第二側端14側之廢液出口310具有漸縮的通道寬度。舉例而言，漸縮主流道130係逐漸縮窄聚集至廢液出口310。如圖1及圖2C所示，漸縮主流道130可形成為類似三角形之形狀，且三角形之頂點即位於廢液出口310。然而，此僅為示例，且漸縮主流道130縮窄之態樣及形式可不限於此繪示之態樣。
藉由上述結構，可藉由流體通過之截面積減少的作用在漸縮主流道130中建立加速的預定子流場，且可協助將欲排除的廢液(包含被淘汰的精蟲)藉此運至與漸縮主流道130連通之廢液出口310。
為了建構所述流道結構100，流道結構100之結構體可使用任何適用於製作微流體晶片或生物檢測裝置之材料。例如，根據本發明之一些實施例，可使用玻璃、石英、聚甲基丙烯酸甲酯(Poly(methyl methacrylate))、聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane, PDMS)等，且本發明不限於此。另外，根據本發明之一些實施例，流道結構100之結構體之材料亦可使用複合材料；或使用不同的材料形成各部分再將其加以組合。例如，可建構翻模流道結構再與載玻片貼合來製成精蟲篩選晶片10。
根據一些實施例，流道結構100之流道高度可固定為100 μm，但本發明不限於此。
根據本發明之一些實施例，可進一步連接注射式汞浦於流體注入口210、精液注入口220、精液抽取口250、及廢液出口310之一或多個。另外，根據本發明之又一些實施例，可進一步連接管子於流體注入口210、精液注入口220、精液抽取口250、及廢液出口310，以協助自外部輸入流體或精液或輸出流體或精液至外部。進一步，為了減少或避免輸入特定流體或精液或輸出特定流體或精液時，特定流體或精液自預定出口外的其他出口進出，根據本發明之另一些實施例，流體注入口210、精液注入口220、精液抽取口250、及廢液出口310之一或多個係為可選擇性開關的。例如，流體注入口210、精液注入口220、精液抽取口250、及廢液出口310之一或多個可具有可選擇性開關的閘門，且可在需要時關閉或開啟。然而，此僅為示例，且流體注入口210、精液注入口220、精液抽取口250、及廢液出口310之一或多個選擇性開關之設計不限於此。
在上文及圖1至圖2C中，流體注入口210、精液注入口220、精液抽取口250、及廢液出口310之配置實質上為流體注入口210、精液注入口220、精液抽取口250位於流道結構100之第一側端12側，而廢液出口310位於流道結構100之第二側端14側。承上，在滿足上述條件下，位於第一側端12側之流體注入口210、精液注入口220及精液抽取口250之位置則可相對應地調整。例如，雖然流體注入口210、精液注入口220、及精液抽取口250皆位於流道結構100之第一側端12，但配置上是相互分隔的，且實質上於第一側端12朝向第二側端14之順流方向D1上與主流道120之間可保持不同相隔距離或相同相隔距離。另外，雖然於圖1及圖2A中示出，基於第一側端12朝向第二側端14之順流方向D1，精液抽取口250位於流道結構100之第一側端12的中心，流體注入口210則位於流道結構100之第一側端12之左側部分，而精液注入口220則位於流道結構100之第一側端12之右側部分，此僅為示例且本發明不限於此。例如，亦可為基於第一側端12朝向第二側端14之順流方向D1，精液抽取口250位於流道結構100之第一側端12的中心，流體注入口210則位於流道結構100之第一側端12之右側部分，而精液注入口220則位於流道結構100之第一側端12之左側部分。亦或是，基於第一側端12朝向第二側端14之順流方向D1，精液抽取口250位於流道結構100之第一側端12的右側部分，流體注入口210則位於流道結構100之第一側端12之左側部分，而精液注入口220則位於流道結構100之第一側端12之中心等其他配置。
根據本發明之較佳實施例，用於導入流體之流體注入口210相對於漸擴流場區域110、主流道12、漸縮主流道130或其組合可位於重力方向上較高的位置。例如，流體注入口210實質上可設計高於整體流道結構100中的漸擴流場區域110、主流道12、漸縮主流道130或其組合。藉此設計，在透過流體注入口210注入流體時，可單純地利用重力之作用即可持續且穩定地保持流體流入之速度。因此，可在整體流道結構100中藉由重力來建立具有大致固定流速之預定流場。然而，上述僅為示例，且流體注入口210可藉由其他方式或結構來通入流體且保持所需之流速之預定流場。
下文中，將進一步參照圖3至圖4D來說明根據本發明之一實施例之應用圖1所示之精蟲篩選晶片10進行精蟲篩選的方法20。
首先，參照圖3，根據本發明之一實施例，應用精蟲篩選晶片10進行精蟲篩選的方法20包含：建立一預定流場之步驟S10、注入待篩選精液50之步驟S20、等待分選之步驟S30、以及抽取經篩選精液60之步驟S40。具體而言，在步驟S10中，併同圖3參照圖4A，可通過精蟲篩選晶片10之流體注入口210注入一流體40，且較佳使得該流體40充滿該流道結構100。在此，流體40可為任何適合用於精蟲的培養液或至少不傷害精蟲的緩衝流體。詳言之，流體40係用於在流道結構100中建立一預定流場F0，以藉由該預定流場F0來篩選精蟲。因此，流體40需為可流動以建立所需流速之流場且適合精蟲生存或游動的培養液、或至少不會傷害精蟲或具有對精蟲較低之傷害力之流體。舉例而言，流體40可為改良後人輸卵管液(Modified Human Tubal Fluid,  mHTF)，但本發明不限於此。
承上所述，在步驟S10中，透過流體注入口210注入流體40以建立預定流場F0，且在後續步驟中亦繼續保持此預定流場F0。亦即，在步驟S10中通入該流體40後需維持流體40持續性地通入流道結構100。因此，由於持續性地通入的流體40，流體40可充滿整個流道結構100中之空間(漸擴流場區域110、主流道120及漸縮主流道130)，且可在整個流道結構100中建立大致流速固定之預定流場F0。
接著，併同圖3參照圖4B，在步驟S10後，進行注入待篩選精液50之步驟S20。具體而言，在步驟S20中，可通過精蟲篩選晶片10之精液注入口220一次性地注入預定量的待篩選精液50至漸擴流場區域110。例如，可使用但不限於藉由注射式汞浦30來注入預定量的待篩選精液50。特別是，可注入預定量的待篩選精液50至漸擴流場區域110之主輸入通道112，以使待篩選精液50與流體40匯合。藉此，藉由流體40所建立的預定流場F0，待篩選精液50可被預定流場F0引導而沿著第一側端12朝向第二側端14之順流方向D1流動。
承上，所述待篩選精液50可被預定流場F0引導而一路順著順流方向D1沿著主輸入通道112流至複數個子輸入通道115，且可能因此從漸擴流場區域110被引導流至主流道120。
根據一些實施例，相較於單一子輸入通道，當藉由複數個子輸入通道115之引導通入主流道120時，可使得精蟲一開始被沖導之分佈點較為平均地分散於複數個子輸入通道115與主流道120之交接處或主流道120中。另外，當從較窄之通道寬度擴增至較寬之通道寬度時，被沖導之精蟲可能會基於子輸入通道末端而以扇形分布，且藉由複數個子輸入通道115各別形成之扇形分布可使精蟲分布整體接近於波浪線或直線，進而可使得由於扇形分布使得一開始精蟲距離子輸入通道末端之相隔距離具有差異之趨勢下降。進一步，另外在下文中將說明之分選及回收過程中，亦可藉由複數個子輸入通道115之設計減少逆流時通道寬度變窄之幅度，而使得精蟲逆流回溯之難度下降，且可收集到更多可逆流回溯至子輸入通道115末端之精蟲。然而，上述皆僅為示例，且依所需採集精蟲之需求，根據本發明之一些實施例，亦可僅採取單一子輸入通道115以漸擴通道寬度通入主流道120。
承上，併同圖3參照圖4C，完成步驟S20後，接續可進行等待分選之步驟S30。亦即，可等待一預定時間，使待篩選精液50藉由預定流場F0進行分選。具體而言，由於精蟲在緩慢流場中具有逆流回溯的特性，故當待篩選精液50被引導進入流道結構100中後，可利用預定流場F0來篩選具有較佳品質之精蟲。
詳言之，基於流道結構100之各部分之特性，預定流場F0可在不同結構處具有不同子流場。例如，預定流場F0在漸擴流場區域110中之複數個子輸入通道115前段狹窄部分115-1可具有子流場F1，在漸擴流場區域110中之複數個子輸入通道115後段漸擴部分115-2可具有子流場F2，在主流道120中可具有子流場F3，且在漸縮主流道130中可具有子流場F4。承上，由於單位時間內通入流道結構100中的流體40之量維持一定，故在不同結構中可基於可通過流體40之截面積之變化而達成不同流速之流場的變化。根據本發明之一較佳實施例，為了保持微流體之特性，流道結構100較佳為通道高度保持大致相同，且在流道結構100之通道高度保持一定時，可基於通道寬度之變化而達成不同流速之流場的變化。
例如，在漸擴流場區域110中，一開始待篩選精液50中的精蟲會較難抵擋較狹窄之複數個子輸入通道115前段狹窄部分115-1中的子流場F1，而被引導運輸至複數個子輸入通道115後段。接著，於通道寬度逐漸增大之複數個子輸入通道115後段處(例如自通道寬度W1逐漸擴寬至通道寬度W2)，由於逐漸增大的流體可流過截面積，複數個子輸入通道115後段漸擴部分115-2中的子流場F2之流速相較於子流場F1逐漸變慢，且待篩選精液50中的精蟲可能逐漸可抗衡子流場F2。或者是，待篩選精液50中的精蟲可能在被沖導入主流道120後，由於主流道120明顯擴增且維持固定的通道寬度W3而可能可抗衡主流道120中的子流場F3。因此，較具有活動力的精蟲可在複數個子輸入通道115交接主流道120處或進入主流道120後開始抗衡預定流場F0而沿著自該第二側端14朝向第一側端12之逆流方向D2移動。
承上，在步驟S20中一次性地注入預定量之待篩選精液50，且在步驟S30中等待一預定時間，使待篩選精液50中的精蟲可藉由預定流場F0所分選。因此，一預定時間後，待篩選精液50中較具有活動力的精蟲可在流道結構100之各部分中與該部分的子流場達到平衡而停留在該部分。舉例而言，參考圖4C，在預定時間內，待篩選精液50中的精蟲S2可能逆流抗衡子流場F3，而沿著逆流方向D2移動到子輸入通道115交接主流道120處，然後在此與子流場F2達到平衡而大致停留於此。另外，亦有些精蟲S3雖然無法逆流抗衡子流場F3但亦可與子流場F3達成平衡，進而大致停留於主流道120中。進一步，相對具有較低活動力或不具活動力或甚至死亡之精蟲S4或其碎片S4’、以及雖然具有活動力，但型態畸形(如大頭、多頭、歪頭或尾巴捲曲)而難以直線逆流抗衡流體40剪力而前進或直線性低而難以直線逆流抗衡流體40剪力而前進的精蟲S5，則會順著預定流場F0一路被沖導偏離第一側端12。上述精蟲S4或其碎片S4’或精蟲S5在被引導流至漸縮主流場130後，由於漸縮主流場130漸縮之通道寬度而使得流速變快之子流場F4，可能會進一步加速被引導至廢液出口310而自動排出。亦即，待篩選精液50中較無活動力的一部分精蟲可藉由預定流場F0而運送至廢液出口310。
在此，為了方便呈現，精蟲及流道結構100之比例及相對比例係為了清楚而調整誇大，且不代表實際上精準之精蟲及流道結構100之比例及相對比例。另外，為了方便理解，較具有活動力之精蟲係以黑色頭部繪示，而較不具有活動力之精蟲則以白色頭部繪示。
根據本發明之一些實施例，具有大致固定通道寬度W3之主流道120可作為迴游之減速緩衝區域，而使得具有活動力之精蟲有足夠的時間及/或空間逆流，而盡可能地與廢液(死亡精蟲、細胞碎屑、無活動力之精蟲等)分離。
承上所述，在等待一預定時間使各精蟲大致位於平衡的位置後，參照圖3及圖4D，可進行抽取經篩選精液60之步驟S40。其中，經篩選精液60包含原先待篩選精液50中較具活動力的精蟲。具體而言，可通過精液抽取口250施加抽取外力(例如透過注射式汞浦30)來抽取包含所需預期精蟲及流體40之經篩選精液60，以收集相對位於流道結構100中留在較前段具有較佳活動力的精蟲(如精蟲S2及/或S3)。換言之，經篩選精液60包含在流道結構100前段自第一側端12起算之一預設範圍中游動速度與該預定流場F0之流速達成平衡的精蟲。
根據本發明之一些實施例，收集精蟲之預設範圍較佳至少包含複數個子輸入通道115交接主流道120之末端部分(例如漸擴部分115-2)。例如，根據一些實施例，參照圖4D，可收集第一側端12至主流道120前段至少一部分的第一預設範圍R1內的精蟲。藉此，可主要收集到可抗衡子流場F3甚至子流場F2逆流游至複數個子輸入通道115之精蟲S2。然而，上述僅為示例，且本發明不限於此。舉例而言，亦可收集第一側端12至主流道120中心的精蟲。藉此，可主要收集到可抗衡子流場F3逆流游至複數個子輸入通道115之精蟲S2以及可與子流場F3至少達成平衡之精蟲S3。另外，在許多實施例中，由於具較佳活動力的精蟲可能會逆流游至複數個子輸入通道115，且因為回溯時變窄的通道寬度而加強的子流場F2而無法前進從而卡在複數個子輸入通道115之末端部分中(例如漸擴部分115-2)，因此主要收集到較佳活動力精蟲的區塊可能主要集中於複數個子輸入通道115交接主流道120之末端部分(例如漸擴部分115-2)。
根據一些實施例，可藉由CASA (Computer Assisted Semen Analysis)技術來研究篩選前後精液中的精蟲之各種特性(如直線性、擺動性等)，以分別計算每隻收集到的精蟲活動力及游動速度。例如，可將分選前後之精蟲(例如，待篩選精液50及經篩選精液60中的精蟲)吸出置於細胞記數盤中，並於顯微鏡下以影像方式記錄，之後將影片以影像處理程序及電腦輔助分析，以計算出精蟲之各特性之性質。
根據本發明之一些實施例，藉由精蟲篩選晶片10所收集到的精蟲可具有高直線性(＞0.9)及高活動力(~99 %)。例如，參照圖5，其中由上至下示出不同對象(人類男性(1)(2)(3))之精液經過精蟲篩選晶片10進行篩選前後之精蟲性質比較之直方圖。承上，可看出經過精蟲篩選晶片10篩選後，可自精液原液中篩選出相對具有較高路徑位移速率(Velocity curvilinear, VCL)、平均位移速率(Velocity average path, VAP)、直線位移速率(Velocity straight line, VSL)、直線性(linearity, LIN)、及擺動性(wobble, WOB)之精蟲。
繼續參照圖3，在完成步驟S40後，篩選精蟲之方法20可進一步包含重複地執行步驟S20至步驟S40一或多次。亦即，可再注入另一批待篩選精液50，等待預定時間使其分選，再收集其中的經篩選精液60，進而可篩選不同分批批次的待篩選精液50。詳細而言，由於根據本發明之精蟲篩選晶片10具有位於相反兩側端(例如相反之第一側端12及第二側端14)之分開的精液抽取口250及廢液出口310，故可減少或避免藉由同一出口(例如對應廢液出口310之位置的出口)排出廢液及收集所需之經篩選精液60時可能發生的混雜問題(例如，經由同一出口，先排出後段之廢液，再收集順應後段廢液被抽出後才流到後段之經篩選精液60)。因此，根據本發明之各實施例，可重複地執行一或多次篩選及收集過程，且避免或減少發生廢液與經篩選精液60混雜之問題。
另外，由於廢液出口310與精液抽取口250位於不同側端，故亦可減少篩選及收集的時間。具體而言，由於不需等到透過同一出口將廢液排乾淨後才可以收集經篩選精液60，故可減少在透過同一出口排出廢液及收集經篩選精液60之情況下所需耗費的篩選時間。
進一步，由於透過位於第一側端12之精液抽取口250藉著外加抽取外力來回抽經篩選精液60，故亦可減少或避免在透過第二側端14之廢液出口310收集之情況下不小心收集到沾黏或停留於後段而未及時於先前排出之不良品質精蟲。藉此，可避免分選後之精蟲與廢液或尚未分選精蟲混合，導致分選效率不佳。
承上所述，由於廢液出口310與精液抽取口250位於不同側端，故根據本發明之各實施例的精蟲篩選晶片10及精蟲篩選之方法20可具有至少一或多項以下功效及優點：篩選時間可降低以避免或減少精蟲活動力下降；分選之精蟲較不易與廢液(可能包含不良品質精蟲)混合；通量小之微流體系統可同時處理較多量檢體；以及同一晶片可進行多次篩選收集過程，而非只能做一次操作。
另外，根據本發明之一些實施例，為了減少或避免在輸入或輸出時，精液或流體自不對的出口溢出或倒灌，可選擇性地關閉(如藉由閥門)流體注入口210、精液注入口220、精液抽取口250、及廢液出口310之一或多個。例如，可在步驟S20注入待篩選精液50時封閉精液抽取口250，以避免注入之待篩選精液50從精液抽取口250溢出。相似地，可在步驟S40抽取經篩選精液60時封閉精液注入口220，以避免抽出經篩選精液60時經篩選精液60自精液注入口220溢出。進一步，根據本發明之一些實施例，亦可在步驟S40抽取經篩選精液60時同時封閉精液注入口220及流體注入口210，以避免抽出經篩選精液60時經篩選精液60自精液注入口220或流體注入口210溢出，或可避免流體注入口210不斷地注入流體40所帶來的壓力而妨礙抽出經篩選精液60，或可避免抽出之經篩選精液60被流體注入口210不斷地注入之流體40所另外稀釋。然而，上述選擇性開關各出口之態樣僅為示例，且本發明不限於此。
除了於上文所述特別關閉流體注入口210之情況外，在步驟S10建立預定流場F0後，基本上整個精蟲篩選方法20中流體40可不斷持續地自流體注入口210注入以維持該預定流場F0。舉例而言，所述預定流場F0可藉由持續地以一高度差注入流體40而基於重力產生。然而，持續地注入且製造預定流場F0之方法不限於此。例如，亦可藉由汞浦不斷地輸入流體40而製造預定流場F0。
綜上所述，根據本發明之各實施例，藉由相對簡單架構之精蟲篩選晶片10及使用其篩選精蟲之方法20，可篩選出具有較高品質(如較高活動力或較佳型態)之精蟲。因此，可例如應用篩選出的精蟲進行體外授精或體內授精，且可從而提高人工受孕之成功機率或改善受精卵之健康品質狀態。承上，根據本發明之各實施例之精蟲篩選晶片10及使用其篩選精蟲之方法20可投入於人工生殖技術領域或生醫研究領域。
上文中所述僅為本發明之一些較佳實施例。應注意的是，在不脫離本發明之精神與原則下，本發明可進行各種變化及修改。所屬技術領域中具有通常知識者應明瞭的是，本發明由所附申請專利範圍所界定，且在符合本發明之意旨下，各種可能置換、組合、修飾及轉用等變化皆不超出本發明由所附申請專利範圍所界定之範疇。
10‧‧‧精蟲篩選晶片 12‧‧‧第一側端 14‧‧‧第二側端 20‧‧‧方法 30‧‧‧注射式汞浦 40‧‧‧流體 50‧‧‧待篩選精液 60‧‧‧經篩選精液 100‧‧‧流道結構 110‧‧‧漸擴流場區域 112‧‧‧主輸入通道 115‧‧‧子輸入通道 115-1‧‧‧狹窄部分 115-2‧‧‧漸擴部分 120‧‧‧主流道 130‧‧‧漸縮主流道 210‧‧‧流體注入口 210t‧‧‧連接管道 220‧‧‧精液注入口 220t‧‧‧連接管道 250‧‧‧精液抽取口 250t‧‧‧連接管道 310‧‧‧廢液出口 D1‧‧‧順流方向 D2‧‧‧逆流方向 W1、W2、W3‧‧‧通道寬度 P1‧‧‧起始節點 B1‧‧‧第一階層分支 B2‧‧‧第二階層分支 B3‧‧‧第三階層分支 S2、S3、S4、S5‧‧‧精蟲 S4'‧‧‧碎片 S10、S20、S30、S40‧‧‧步驟 F0‧‧‧預定流場 F1、F2、F3、F4‧‧‧子流場 R1‧‧‧第一預設範圍
圖1係為根據本發明之一實施例之精蟲篩選晶片之示意圖。
圖2A係為根據本發明之一實施例之漸擴流場區域之放大示意圖。
圖2B係為根據本發明之一實施例之主流道120之放大示意圖。
圖2C係為根據本發明之一實施例之漸縮主流道之放大示意圖。
圖3係為根據本發明之一實施例之利用精蟲篩選晶片進行精蟲篩選之方法之流程圖。
圖4A至圖4D係分別為根據本發明之一實施例之方法各步驟之操作示意圖。
圖5係為根據本發明之一實施例之不同實驗對象經由精蟲篩選晶片進行篩選前後之精蟲性質比較之直方圖。
無
10‧‧‧精蟲篩選晶片
12‧‧‧第一側端
14‧‧‧第二側端
100‧‧‧流道結構
110‧‧‧漸擴流場區域
112‧‧‧主輸入通道
120‧‧‧主流道
130‧‧‧漸縮主流道
210‧‧‧流體注入口
220‧‧‧精液注入口
250‧‧‧精液抽取口
310‧‧‧廢液出口
D1‧‧‧順流方向
D2‧‧‧逆流方向

Claims (13)

  1. 一種精蟲篩選晶片，包含： 一流道結構，自一第一側端至一第二側端依序配置有相互連通之一漸擴流場區域、一主流道、及一漸縮主流道； 一流體注入口、一精液注入口、及一精液抽取口，分隔地位於該第一側端且連通至該漸擴流場區域之一主輸入通道：以及 一廢液出口，位於該第二側端且連通至該漸縮主流道， 其中，該漸擴流場區域進一步包含自該主輸入通道分支而匯流入該主流道的複數個子輸入通道，且該複數個子輸入通道於交接該主流道處具有漸擴的通道寬度，且 其中，該漸縮主流道朝向該廢液出口具有漸縮的通道寬度。
  2. 如請求項1所述之精蟲篩選晶片，其中該漸擴流場區域以該主輸入通道遠離該第一側端之末端為一起始節點朝該第二側端呈現樹狀分支，且 其中，該複數個子輸入通道基於該起始節點呈現樹狀分支或與該起始節點之間具有一或多個其他階層之樹狀分支子通道。
  3. 如請求項1所述之精蟲篩選晶片，其中該複數個子輸入通道之每一個的最大通道寬度之總和小於或等於該主流道的通道寬度。
  4. 如請求項1所述之精蟲篩選晶片，其中該流體注入口、該精液注入口、及該精液抽取口之一或多個係為可選擇性開關的。
  5. 如請求項1所述之精蟲篩選晶片，其中該流體注入口相對於該漸擴流場區域、該主流道、該漸縮主流道或其組合係位於重力方向上較高的位置。
  6. 一種應用如請求項1至請求項5中之任一項所述之精蟲篩選晶片進行精蟲篩選的方法，包含以下步驟： 步驟(a)：通過該流體注入口注入一流體，且維持該流體持續性地通入該流道結構，以建立一預定流場； 步驟(b)：通過該精液注入口一次性地注入預定量的一待篩選精液至該主輸入通道； 步驟(c)：等待一預定時間，使該待篩選精液藉由該預定流場進行分選； 以及 步驟(d)：通過該精液抽取口施加一抽取外力來抽取一經篩選精液； 其中，該待篩選精液中較無活動力的一部分精蟲係藉由該預定流場而運送至該廢液出口，且該經篩選精液包含該待篩選精液中較具活動力的精蟲。
  7. 如請求項6所述之方法，其中該經篩選精液包含在該流道結構前段自該第一側端起算之一預設範圍中游動速度與該預定流場之流速達成平衡的精蟲。
  8. 如請求項7所述之方法，其中該預設範圍至少包含該複數個子輸入通道交接該主流道之末端部分。
  9. 如請求項6所述之方法，其中該流體為mHTF或任何適用於精蟲之培養液。
  10. 如請求項6所述之方法，其中，當該步驟(d)完成後，該方法進一步包含重複地執行該步驟(b)至該步驟(d)一或多次。
  11. 如請求項6所述之方法，其進一步包含： 於該步驟(b)時封閉該精液抽取口，且於該步驟(d)時封閉該精液注入口。
  12. 如請求項11所述之方法，其進一步包含： 於該步驟(d)時同時封閉該精液注入口及該流體注入口。
  13. 如請求項6所述之方法，其中該預定流場係藉由以一高度差注入該流體而基於重力產生。
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