获得高活动力的精子的微流道芯片，其制造及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明系关于获取具高速度(velocity)及／或运动力(motility)的精子的微流体芯片、制造及其应用。该微流体芯片包括一入口区，第一流道，一分歧流道，一视需要的具圆角的块状结构及一或多个出口区。本发明模拟体内的精子激活过程并设计一种微流体芯片仿真激活过程，以便获取较高量的具有高运动力及／或活性的精子群及／或次群。
【专利说明】获得高活动力的精子的微流道芯片，其制造及其应用
【技术领域】
[0001]本发明系关于分选及/或活化具高速度(velocity)及/或运动力(motility)的精子。具体而言，该微流体芯片包括一入口区，第一流道，一分歧道及一或多个出口区。
【背景技术】
[0002]已知约40%至50%的不育夫妇中，男性因素是不孕是重要原因。此等不孕和生育力低下的人绝大多数是少精子及/或弱精子性(精子活动力低于50%)。存在于这些不育男性的问题是由于这些人尝试成为父亲多年，但却不成功。以子宫内置放精子，男性原因不育夫妇的怀孕率每个周期只有约15-20%。这是由于子宫内人工授精治疗后有或没有怀孕的丈夫群组中，在精子浓度及运动力方面没有可察觉的差异。虽然在体外受精治疗的怀孕率是比较高的，但足够的精子浓度，或精子运动力并不保证怀孕成功。也有男性患有原因不明的男性不育症问题，即虽然精子浓度正常，但精子却丧失生育能力。
[0003]由于各种社会学，经济，和或许环境的原因，人工授精已成为更为频繁的程序。全球人工授精的数量一直在增加，并将继续增加。许多原因已被用来说明此一增加。例如，随年龄增加通常会降低男性与女性受精的概率。越来越多的女性也在没有伴侣下，由自已抚养孩子，并选择人工授精作为怀孕的手段。此外，彼等无法拥有孩子者，现在有一个负担的起的医疗选择。另一个因素可能是，男性的精子数量一直在下降，使怀孕更加困难。最后，环境因素也为男性和女性 的生育能力下降的原因。
[0004]目前有各种各样的人工授精方法，如子宫颈内、子宫内(IUI)、输卵管内及直接的腹腔内(DIPI)受精，配子输卵管内转移(GIFT)，体外授精及胚胎移植(IVFET)，接合子输卵管内移植(如ZIFT，PROST和TET)，腹膜卵母细胞和精子转移(POST)及性别选择。然而，随着技术的进步，其它方法被采用，然而，不论方法为何；高活动精子总是较佳的。大部分执行人工授精的设备，不具有分离运动性精子的资源，因而需要求分开使用具分离装置的设备。例如，子宫内人工授精(ΙΠ)，体外受精(IVF)方法藉由将精子与卵子一起放置在利于怀孕的环境中(无论是在子宫内或子宫外)，而尝试模拟生殖过程。授精过程中要求精子主动侵入卵并开始受精。具运动力的精子更能够穿透卵。
[0005]人类精液是由不同成熟度的异源细胞群组成，具不同的功能质量和受精能力。射出的精子无法马上就能使卵子受精。它们必须经过称为「获能化」(capacitation)的功能性成熟的过程。「获能化」被普遍认为是一个获得超活化的运动力及获得进行精子顶体胞释作用(aero somal exocyto sis)的过程。获能化的结果在两个精子功能上引起变化。首先，对如透明带蛋白激素或孕激素等生理配体的反应，精子头部获得进行精子顶体胞释作用的能力。第二，精子的鞭毛获得「超活化」模式的运动力。
[0006]藉密度梯度离心的精子划分可分离这些亚群，得到的颗粒中回收的精子在质量上有相当大的改良。相较于低密度的划分区，数个区域指出可自颗粒中回收较高百分比的具运动力且型态正常的精子。精液是由具不同程度的结构与功能的分化与正常度的异质精子族群所组成。从Percoll梯度，当自normozoo spermic的人类精液分离高质量精子时,通常采用三个子集的精子(45%;L45)，(65%;L65)和(L90)90%划分。L45显示质量最差的，呈现最小百分比的形态正常且具运动力的精子。L65和L90显示获能化相关的酪氨酸磷酸化中的时间相关的增量(M.G.Buffone et al.，Human Reprod Vol.19, N0.1ρρ139_146, 2004)。
[0007]一次射精中精子的总数可衡量生育能力，但是，具运动力的精子的百分比是更重要的，尤其是当考虑替代的生殖方法。根据运动力，精子分类如下表所示:
【权利要求】
1.一种自精子样品中获取具闻运动力的精子的微流体芯片，其包括: (a)—在微流体芯片一端的入口区； (b)一第一流道，其与入口区流体连通； (c)一分歧流道，其位于第一流道的下游且与第一流道的流体连通； (d)一或多个出口区，位于该分歧流道的一或两侧。
2.根据权利要求1的微流体芯片，其中该精子获自人类、猪、马、狗、绵羊、狗、牛、山羊或猫。
3.根据权利要求1的微流体芯片，其中该入口区是圆形，且具有直径范围从约0.5毫米至约2毫米。
4.根据权利要求1的微流体芯片，其中该流道的长度范围为从约5毫米到约15毫米。
5.根据权利要求1的微流体芯片，其中该分歧流道的壁与流道的壁之间的角度是约5至约30度。
6.根据权利要求1的微流体芯片，其中该分歧流道的壁与流道的壁之间的角度是约8至约20度。
7.根据权利要求1的微流体芯片，其中该分歧流道的壁与流道的壁之间的角度是约10度。
8.根据权利要求1的微流体芯片，其中该分歧流道的宽度较该流道的宽度增加I倍至.15倍以上。
9.一种获取精子样品中具闻运动力的精子的微流体芯片，其包括: (a)—在微流体芯片一端的入口区； (b)一第一流道，其与入口区流体连通； (c)一分歧流道，其位于第一流道的下游且与该第一流道的流体连通； (d)一或多个出口区，位于该分歧流道的一或两侧； (e)一第二流道，位于该分歧流道的下游 '及 (f)一出口区，位于微流体芯片的入口区相反端且与该第二流道的流体连通。
10.根据权利要求9的微流体芯片，其中该精子获自人类、猪、马、狗、绵羊、狗、牛、山羊或猫。
11.根据权利要求9的微流体芯片，其中该入口区是圆形，且具有直径范围从约0.5毫米至约4毫米。
12.根据权利要求9的微流体芯片，其中该流道的长度范围为从约5毫米到约15毫米。
13.根据权利要求9的微流体芯片，其中该分歧流道的壁与流道的壁之间的角度是约5至约30度。
14.根据权利要求9的微流体芯片，其中该分歧流道的壁与流道的壁之间的角度是约8至约20度。
15.根据权利要求9的微流体芯片，其中该分歧流道的壁与流道的壁之间的角度是约.10度。
16.根据权利要求9的微流体芯片，其中该分歧流道的宽度较该流道的宽度增加I倍至.15倍以上。
17.根据权利要求9的微流体芯片，其另包括一具圆角的块状结构，位于分歧流道或第二流道，其中该块状结构的每一边与流道的壁之间维持一个距离。
18.根据权利要求17的微流体芯片，其中该距离的范围为从约100微米至约10微米。
19.根据权利要求17的微流体芯片，其中该具圆角的块状结构为具圆角的哑铃结构，具圆角的圆柱结构，具圆角的长方体结构，具圆角的立方体结构或具圆角的梯形块结构。
20.根据权利要求17的微流体芯片，其中该具圆角的块状结构为具圆角的哑铃结构。
21.根据权利要求17的微流体芯片，其中该第二流道的长度范围为从约0.5毫米至约3毫米。
22.根据权利要求17的微流体芯片，其中该出口区具有范围从约0.5mm至约4_的直径。
23.根据权利要求17的微流体芯片，其中具入口区的一或两个挤压流道额外安置于分歧流道14的前方。
24.根据权利要求17的微流体芯片，其中额外的出口安置在分歧流道的前方。
25.根据权利要求17的微流体芯片，其中额外的出口安置在分歧流道的前方，但在该挤压流道之后。
26.一种微流体芯片的顺序操作组件，其包括一个以上如权利要求1至25中任一项的微流体芯片，其中，该芯片系有顺序地安置。
27.一种微流体芯片的平行操作装置，其包括如权利要求1至25中任一项的微流体芯片，其中芯片系以平行布置。
28.一种获取具高运动力精子的方法，包括视需要混合精子样品与激活剂，并施用所得精子样品至权利要求1至25中任一项的微流体芯片。
29.如权利要求28的方法，其中该激活剂为本多非林(pentoxifylline)、黄嘌呤、黄嘌呤氧化酶、白蛋白或黄体激素。
30.一种用于获取高运动力精子的系统，其包括本发明的微流体芯片、一可选的活化剂、一微流体分配系统、和一用于检测精子质量的传感器。
31.如权利要求30的系统，其中该激活剂为本多非林(pentoxifylline)、黄嘌呤、黄嘌呤氧化酶、白蛋白或黄体激素。
32.—种高通量的精子分类装置，其包括:第一层、第二层及第三层，其中该第一层上位于该装置的顶端，并具有在该微流体芯片一端的一入口区及在该微流体芯片的该开口区的相对端的一出口区，该第二层位于第一层和第三层的间并具有根据权利要求1至25中任一项的微流体芯片，该芯片的入口区连接至在该第一层的入口区，且该第三层位于该装置的底部并具有连接至在该第二层的该芯片的该出口区的容器。
【文档编号】C12M1/34GK104024405SQ201280045056
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年9月14日 优先权日:2011年9月14日
【发明者】理查德·力诚·潘 申请人:台北医学大学