獲得高活動力的精子的微流道芯片，其制造及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明系關(guān)于獲取具高速度(velocity)及／或運動力(motility)的精子的微流體芯片、制造及其應(yīng)用。該微流體芯片包括一入口區(qū)，第一流道，一分歧流道，一視需要的具圓角的塊狀結(jié)構(gòu)及一或多個出口區(qū)。本發(fā)明模擬體內(nèi)的精子激活過程并設(shè)計一種微流體芯片仿真激活過程，以便獲取較高量的具有高運動力及／或活性的精子群及／或次群。
【專利說明】獲得高活動力的精子的微流道芯片，其制造及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明系關(guān)于分選及/或活化具高速度(velocity)及/或運動力(motility)的精子。具體而言，該微流體芯片包括一入口區(qū)，第一流道，一分歧道及一或多個出口區(qū)。
【背景技術(shù)】
[0002]已知約40%至50%的不育夫婦中，男性因素是不孕是重要原因。此等不孕和生育力低下的人絕大多數(shù)是少精子及/或弱精子性(精子活動力低于50%)。存在于這些不育男性的問題是由于這些人嘗試成為父親多年，但卻不成功。以子宮內(nèi)置放精子，男性原因不育夫婦的懷孕率每個周期只有約15-20%。這是由于子宮內(nèi)人工授精治療后有或沒有懷孕的丈夫群組中，在精子濃度及運動力方面沒有可察覺的差異。雖然在體外受精治療的懷孕率是比較高的，但足夠的精子濃度，或精子運動力并不保證懷孕成功。也有男性患有原因不明的男性不育癥問題，即雖然精子濃度正常，但精子卻喪失生育能力。
[0003]由于各種社會學(xué)，經(jīng)濟，和或許環(huán)境的原因，人工授精已成為更為頻繁的程序。全球人工授精的數(shù)量一直在增加，并將繼續(xù)增加。許多原因已被用來說明此一增加。例如，隨年齡增加通常會降低男性與女性受精的概率。越來越多的女性也在沒有伴侶下，由自已撫養(yǎng)孩子，并選擇人工授精作為懷孕的手段。此外，彼等無法擁有孩子者，現(xiàn)在有一個負(fù)擔(dān)的起的醫(yī)療選擇。另一個因素可能是，男性的精子數(shù)量一直在下降，使懷孕更加困難。最后，環(huán)境因素也為男性和女性 的生育能力下降的原因。
[0004]目前有各種各樣的人工授精方法，如子宮頸內(nèi)、子宮內(nèi)(IUI)、輸卵管內(nèi)及直接的腹腔內(nèi)(DIPI)受精，配子輸卵管內(nèi)轉(zhuǎn)移(GIFT)，體外授精及胚胎移植(IVFET)，接合子輸卵管內(nèi)移植(如ZIFT，PROST和TET)，腹膜卵母細(xì)胞和精子轉(zhuǎn)移(POST)及性別選擇。然而，隨著技術(shù)的進步，其它方法被采用，然而，不論方法為何；高活動精子總是較佳的。大部分執(zhí)行人工授精的設(shè)備，不具有分離運動性精子的資源，因而需要求分開使用具分離裝置的設(shè)備。例如，子宮內(nèi)人工授精(ΙΠ)，體外受精(IVF)方法藉由將精子與卵子一起放置在利于懷孕的環(huán)境中(無論是在子宮內(nèi)或子宮外)，而嘗試模擬生殖過程。授精過程中要求精子主動侵入卵并開始受精。具運動力的精子更能夠穿透卵。
[0005]人類精液是由不同成熟度的異源細(xì)胞群組成，具不同的功能質(zhì)量和受精能力。射出的精子無法馬上就能使卵子受精。它們必須經(jīng)過稱為「獲能化」(capacitation)的功能性成熟的過程?！斧@能化」被普遍認(rèn)為是一個獲得超活化的運動力及獲得進行精子頂體胞釋作用(aero somal exocyto sis)的過程。獲能化的結(jié)果在兩個精子功能上引起變化。首先，對如透明帶蛋白激素或孕激素等生理配體的反應(yīng)，精子頭部獲得進行精子頂體胞釋作用的能力。第二，精子的鞭毛獲得「超活化」模式的運動力。
[0006]藉密度梯度離心的精子劃分可分離這些亞群，得到的顆粒中回收的精子在質(zhì)量上有相當(dāng)大的改良。相較于低密度的劃分區(qū)，數(shù)個區(qū)域指出可自顆粒中回收較高百分比的具運動力且型態(tài)正常的精子。精液是由具不同程度的結(jié)構(gòu)與功能的分化與正常度的異質(zhì)精子族群所組成。從Percoll梯度，當(dāng)自normozoo spermic的人類精液分離高質(zhì)量精子時,通常采用三個子集的精子(45%;L45)，(65%;L65)和(L90)90%劃分。L45顯示質(zhì)量最差的，呈現(xiàn)最小百分比的形態(tài)正常且具運動力的精子。L65和L90顯示獲能化相關(guān)的酪氨酸磷酸化中的時間相關(guān)的增量(M.G.Buffone et al.，Human Reprod Vol.19, N0.1ρρ139_146, 2004)。
[0007]一次射精中精子的總數(shù)可衡量生育能力，但是，具運動力的精子的百分比是更重要的，尤其是當(dāng)考慮替代的生殖方法。根據(jù)運動力，精子分類如下表所示:
【權(quán)利要求】
1.一種自精子樣品中獲取具聞運動力的精子的微流體芯片，其包括: (a)—在微流體芯片一端的入口區(qū)； (b)一第一流道，其與入口區(qū)流體連通； (c)一分歧流道，其位于第一流道的下游且與第一流道的流體連通； (d)一或多個出口區(qū)，位于該分歧流道的一或兩側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的微流體芯片，其中該精子獲自人類、豬、馬、狗、綿羊、狗、牛、山羊或貓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的微流體芯片，其中該入口區(qū)是圓形，且具有直徑范圍從約0.5毫米至約2毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的微流體芯片，其中該流道的長度范圍為從約5毫米到約15毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的微流體芯片，其中該分歧流道的壁與流道的壁之間的角度是約5至約30度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的微流體芯片，其中該分歧流道的壁與流道的壁之間的角度是約8至約20度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的微流體芯片，其中該分歧流道的壁與流道的壁之間的角度是約10度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的微流體芯片，其中該分歧流道的寬度較該流道的寬度增加I倍至.15倍以上。
9.一種獲取精子樣品中具聞運動力的精子的微流體芯片，其包括: (a)—在微流體芯片一端的入口區(qū)； (b)一第一流道，其與入口區(qū)流體連通； (c)一分歧流道，其位于第一流道的下游且與該第一流道的流體連通； (d)一或多個出口區(qū)，位于該分歧流道的一或兩側(cè)； (e)一第二流道，位于該分歧流道的下游 '及 (f)一出口區(qū)，位于微流體芯片的入口區(qū)相反端且與該第二流道的流體連通。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的微流體芯片，其中該精子獲自人類、豬、馬、狗、綿羊、狗、牛、山羊或貓。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的微流體芯片，其中該入口區(qū)是圓形，且具有直徑范圍從約0.5毫米至約4毫米。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的微流體芯片，其中該流道的長度范圍為從約5毫米到約15毫米。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的微流體芯片，其中該分歧流道的壁與流道的壁之間的角度是約5至約30度。
14.根據(jù)權(quán)利要求9的微流體芯片，其中該分歧流道的壁與流道的壁之間的角度是約8至約20度。
15.根據(jù)權(quán)利要求9的微流體芯片，其中該分歧流道的壁與流道的壁之間的角度是約.10度。
16.根據(jù)權(quán)利要求9的微流體芯片，其中該分歧流道的寬度較該流道的寬度增加I倍至.15倍以上。
17.根據(jù)權(quán)利要求9的微流體芯片，其另包括一具圓角的塊狀結(jié)構(gòu)，位于分歧流道或第二流道，其中該塊狀結(jié)構(gòu)的每一邊與流道的壁之間維持一個距離。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的微流體芯片，其中該距離的范圍為從約100微米至約10微米。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的微流體芯片，其中該具圓角的塊狀結(jié)構(gòu)為具圓角的啞鈴結(jié)構(gòu)，具圓角的圓柱結(jié)構(gòu)，具圓角的長方體結(jié)構(gòu)，具圓角的立方體結(jié)構(gòu)或具圓角的梯形塊結(jié)構(gòu)。
20.根據(jù)權(quán)利要求17的微流體芯片，其中該具圓角的塊狀結(jié)構(gòu)為具圓角的啞鈴結(jié)構(gòu)。
21.根據(jù)權(quán)利要求17的微流體芯片，其中該第二流道的長度范圍為從約0.5毫米至約3毫米。
22.根據(jù)權(quán)利要求17的微流體芯片，其中該出口區(qū)具有范圍從約0.5mm至約4_的直徑。
23.根據(jù)權(quán)利要求17的微流體芯片，其中具入口區(qū)的一或兩個擠壓流道額外安置于分歧流道14的前方。
24.根據(jù)權(quán)利要求17的微流體芯片，其中額外的出口安置在分歧流道的前方。
25.根據(jù)權(quán)利要求17的微流體芯片，其中額外的出口安置在分歧流道的前方，但在該擠壓流道之后。
26.一種微流體芯片的順序操作組件，其包括一個以上如權(quán)利要求1至25中任一項的微流體芯片，其中，該芯片系有順序地安置。
27.一種微流體芯片的平行操作裝置，其包括如權(quán)利要求1至25中任一項的微流體芯片，其中芯片系以平行布置。
28.一種獲取具高運動力精子的方法，包括視需要混合精子樣品與激活劑，并施用所得精子樣品至權(quán)利要求1至25中任一項的微流體芯片。
29.如權(quán)利要求28的方法，其中該激活劑為本多非林(pentoxifylline)、黃嘌呤、黃嘌呤氧化酶、白蛋白或黃體激素。
30.一種用于獲取高運動力精子的系統(tǒng)，其包括本發(fā)明的微流體芯片、一可選的活化劑、一微流體分配系統(tǒng)、和一用于檢測精子質(zhì)量的傳感器。
31.如權(quán)利要求30的系統(tǒng)，其中該激活劑為本多非林(pentoxifylline)、黃嘌呤、黃嘌呤氧化酶、白蛋白或黃體激素。
32.—種高通量的精子分類裝置，其包括:第一層、第二層及第三層，其中該第一層上位于該裝置的頂端，并具有在該微流體芯片一端的一入口區(qū)及在該微流體芯片的該開口區(qū)的相對端的一出口區(qū)，該第二層位于第一層和第三層的間并具有根據(jù)權(quán)利要求1至25中任一項的微流體芯片，該芯片的入口區(qū)連接至在該第一層的入口區(qū)，且該第三層位于該裝置的底部并具有連接至在該第二層的該芯片的該出口區(qū)的容器。
【文檔編號】C12M1/34GK104024405SQ201280045056
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月14日
【發(fā)明者】理查德·力誠·潘 申請人:臺北醫(yī)學(xué)大學(xué)