[發(fā)明專利]全集成仿生精子篩選芯片及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010640318.1
• 申請日: 2020-07-06
• 公開（公告）號(hào): CN111961570A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉冉;閆一默
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): C12M1/00
• 分類號(hào): C12M1/00;B01L3/00
• 代理公司: 北京鴻元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

全集成仿生精子篩選芯片及其制備方法，屬于輔助生殖技術(shù)領(lǐng)域。全集成仿生精子篩選芯片，由微流控芯片表層、微加熱器和基底固定而成，所述微流控芯片表層包括樣品加樣區(qū)域、趨溫性觀察區(qū)域、趨化性觀察區(qū)域以及相應(yīng)連接通道，微加熱器為ITO微加熱器，微加熱器加熱芯片表層在趨溫性觀察區(qū)域建立溫度梯度，趨化性觀察區(qū)域包括特性物質(zhì)加入口、對照物質(zhì)加入口和二者之間的擴(kuò)散通道。本發(fā)明將溫度梯度系統(tǒng)與化學(xué)梯度系統(tǒng)結(jié)合在一張芯片之上，可以同時(shí)觀察精子的趨溫性及趨化性反應(yīng)，最大限度模擬體內(nèi)篩選環(huán)境；同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊，適合高通量研究的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于輔助生殖技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種全集成仿生精子篩選芯片及其制備方法。

背景技術(shù)

目前臨床上所使用的精子優(yōu)選方法主要是上游法和密度梯度離心法，但是這兩種方法與女性生殖道內(nèi)對精子復(fù)雜的篩選機(jī)制相差較遠(yuǎn)，僅僅根據(jù)精子的活力進(jìn)行篩選，并且在長時(shí)間的離心環(huán)境之下易導(dǎo)致精子DNA損傷和脂質(zhì)過氧化，損害精子質(zhì)量，最終影響體外受精成功率。因此提供一種簡單快速并且能夠模擬人體生殖環(huán)境對精子實(shí)現(xiàn)優(yōu)選的新方法已經(jīng)成為輔助生殖領(lǐng)域的一項(xiàng)迫切需求。微流控芯片因具有可高度集成、可減少人工操作及可實(shí)現(xiàn)從尺寸和結(jié)構(gòu)層面對精子篩選環(huán)節(jié)進(jìn)行仿生模擬等諸多優(yōu)勢，在輔助生殖領(lǐng)域逐漸顯示出較大的潛力和應(yīng)用前景。

由于體外受精過程繞過了輸卵管這一環(huán)節(jié)，從而造成對精子選擇受到限制，因此對女性生殖道篩選環(huán)境進(jìn)行仿生模擬就顯得尤為關(guān)鍵。精子進(jìn)入女性后在宮頸處接受第一次篩選，此次篩選由宮頸處的宮頸粘液完成，只有約70％運(yùn)動(dòng)活力較好的精子才能穿過宮頸粘液。之后精子還需要穿過狹窄曲折的子宮輸卵管連接處，到達(dá)輸卵管峽部與輸卵管上皮的纖毛細(xì)胞結(jié)合，形成精子“儲(chǔ)存池”，并在此處完成精子獲能，但僅有約10％的人類精子能夠完成獲能，之后精子還需要繼續(xù)游動(dòng)2-3cm才能到達(dá)受精部位——輸卵管壺腹部，并且只有獲能后的精子才可能完成最后的受精任務(wù)。哺乳動(dòng)物的精子在復(fù)雜的女性生殖道中游走數(shù)千倍體長的路程才能到達(dá)卵細(xì)胞的位置，為了“引導(dǎo)”精子穿過重重阻礙找到卵細(xì)胞，女性體內(nèi)可能存在一系列精子的“導(dǎo)航”機(jī)制。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，女性生殖道內(nèi)對精子的“導(dǎo)航”機(jī)制至少有三種：趨流性、趨溫性和趨化性，其中趨流性和趨溫性引導(dǎo)的作用距離較長，趨流性引導(dǎo)貫穿了精子在女性生殖道中運(yùn)動(dòng)全過程，趨溫性引導(dǎo)主要由輸卵管峽部和輸卵管壺腹部存在的溫度梯度實(shí)現(xiàn)，而趨化性引導(dǎo)是一種短程作用——卵母細(xì)胞及其周圍的卵丘細(xì)胞分泌的化學(xué)物質(zhì)形成的化學(xué)梯度進(jìn)一步幫助精子感知卵細(xì)胞的位置。具有趨流性、趨溫性和趨化性的精子才可能最終到達(dá)卵細(xì)胞完成受精，并且相關(guān)研究表明具有趨向性的精子其后期的受精成功率可能更高，故利用精子的趨向性進(jìn)行精子篩選是一條重要思路。事實(shí)上，國內(nèi)外許多研究小組已經(jīng)致力于將微流控芯片應(yīng)用到輔助生殖領(lǐng)域的研究中，其中就有很多在微流控芯片上對精子進(jìn)行趨向性篩選的優(yōu)秀工作。

公開號(hào)為CN102242055A的中國發(fā)明申請，公開了一種精子活力評(píng)價(jià)及篩選的方法及其專用微流控芯片裝置。該集成式微流控芯片包括至少一根微流體管道：所述微流體管道包括流體入口池、樣品入口池以及設(shè)置在所述流體入口池和樣品入口池之間的用于分級(jí)的至少2個(gè)流道大小各異的管道區(qū)段；所述管道區(qū)段內(nèi)的流道大小從流體入口池至所述樣品入口池是依次增大的，流道最大的所述管道區(qū)段與所述樣品入口池直接連通。樣品(精子)的運(yùn)動(dòng)方向與流體方向相反，當(dāng)精子的前向運(yùn)動(dòng)速度與流速相等時(shí)被捕獲在管道中的相應(yīng)位置。

公開號(hào)為CN107475078A的中國發(fā)明申請，公開了一種基于微流控技術(shù)的精子篩選與體外受精仿生裝置，包括仿生裝置本體，所述仿生裝置本體由玻片層、硅膠管道層和聚二甲基硅氧烷層組成，所述硅膠管道層中部設(shè)有中央池，所述中央池外側(cè)設(shè)有入口池、第一出口池和第二出口池，所述中央池與入口池、第一出口池和第二出口池分別通過第一管道、第二管道和第三管道連通，所述第一管道、第二管道和第三管道上還分別設(shè)有第一加樣口、第二加樣口和第三加樣口。