精子分选装置及精子分选方法与流程

1.本发明是有关于一种精子分选装置及精子分选方法。


背景技术：

2.现代社会中，不孕症已逐渐成为困扰众多家庭的重要问题。对此，已发展出各种人工授孕的方法，例如是人工授精(intrauterine insemination，iui)、体外人工授孕(in vitro fertilization，ivf)以及胞浆精子注射(intracytoplasmic sperm injection，icsi)等。此些方法每次分别需要数目不等的高活性精子。由此可知，如何分选出高活性精子在人工授孕的领域中为重要的课题。特别来说，如何分选出大量高活性精子更是目前所遇到的难题。


技术实现要素：

3.在本发明的一个态样中，提供一种精子分选装置，包括培养液槽，经配置以容纳培养液；回收槽，设置于所述培养液槽的一侧，且经配置以容纳分选后的包括较低活性或不具活性的精子的残留溶液；以及分选流道，沿第一方向延伸于所述培养液槽与所述回收槽之间并连通于所述培养液槽与所述回收槽，且经配置以接收精子样品以使所述精子样品中的精子对应于来自于所述培养液槽的培养液流而产生分选效果，其中所述分选流道具有第一部分与第二部分，所述第一部分较所述第二部分更靠近所述培养液槽，所述第一部分的沿第二方向的宽度大于特征尺寸，所述第二方向交错于所述第一方向，且所述特征尺寸在200μm至400μm的范围中。
4.在一些实施例中，精子分选装置还包括多个微流道，沿所述第二方向并排地设置于所述培养液槽与所述分选流道之间。
5.在一些实施例中，所述分选流道的所述第一部分朝向所述培养液槽渐缩，且所述第一部分的至少一些区段的沿所述第二方向的宽度大于所述特征尺寸。
6.在一些实施例中，所述分选流道经由进出口而连通至所述精子分选装置的外部。
7.在一些实施例中，所述进出口连通于所述分选流道的所述第一部分。
8.在一些实施例中，所述分选流道的所述第二部分朝向所述回收槽渐缩。
9.在一些实施例中，所述分选流道的连通于所述回收槽的一端为窄通道，且所述分选流道的沿所述第二方向的宽度在所述窄通道处为最小值。
10.在本发明的另一个态样中，提供一种精子分选方法，包括：提供精子分选装置，其中所述精子分选装置包括培养液槽、回收槽以及沿第一方向延伸于所述培养液槽与所述回收槽之间且连通于所述培养液槽与所述回收槽的分选流道，所述分选流道的至少一区段的沿第二方向的宽度大于特征尺寸，且所述特征尺寸在200μm至400μm的范围中；将培养液注入至所述培养液槽与所述回收槽，直到所述培养液槽、所述分选流道与所述回收槽的培养液液面高度达到一致；将精子样品注入至所述分选流道；将额外培养液注入至培养液槽，以使培养液自所述培养液槽流入所述分选流道而形成培养液流，其中所述精子样品中的精子
对应于所述培养液流而产生分选效果；以及自所述分选流道取出经分选的溶液。
11.在一些实施例中，在将所述培养液注入至所述培养液槽与所述回收槽的步骤之前还包括：以培养液润湿所述培养液槽、所述分选流道与所述回收槽。
12.在一些实施例中，在自所述分选流道取出所述经分选的溶液的步骤之前，还包括：间隔地重复进行将额外培养液注入至所述培养液槽的步骤。
13.本发明实施例的精子分选装置同时运用了高活性精子的逆流特性以及聚集在分选流道的内表面的特性，故以精子分选装置来对精子样品进行分选可采集到大量的高活性精子。如此一来，精子分选装置不但可用于icsi人工受孕技术，更可运用于ivf人工受孕技术。在精子分选过程中，高活性精子自从被注入分选流道之后，就至少大部分地留在分选流道中，而较低活性或不具活性的精子随着培养液流至回收槽。随后，留在分选流道中的经分选的溶液可自分选流道而被取出。换言之，高活性精子不需长距离移动，故可以较短时间完成分选，且节省高活性精子消耗的能量。此外，因精子样品是直接被注入至分选流道，故可确保实质上所有精子受到分选，因此可提高分选成效。
附图说明
14.图1是根据本发明一些实施例的精子分选装置的三维分解示意图；
15.图2是根据本发明一些实施例的精子分选装置的外观的三维示意图；
16.图3是图1所示的上基板的下表面的平面示意图；
17.图4是图1及图3所示的微流道的三维放大示意图；
18.图5是根据本发明一些实施例的精子分选装置的分选流道的剖视示意图；
19.图6是根据本发明一些实施例的精子分选方法的流程图。
具体实施方式
20.现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在图式和描述中用来表示相同或相似部分。
21.图1是根据本发明一些实施例的精子分选装置10的三维分解示意图。图2是根据本发明一些实施例的精子分选装置10的外观的三维示意图。
22.请参照图1，精子分选装置10包括培养液槽100、回收槽110以及连通于培养液槽100与回收槽110之间的分选流道120。培养液槽100用于装载培养液。如后续所详述，精子样品在分选流道120中对应于自培养液槽100流入分选流道120的培养液而产生分选效果。活性较低或不具活性的精子将经由分选流道120流入回收槽110，而可被回收。另一方面，活性较高的精子将留在分选流道120中，而可被采集。
23.在一些实施例中，精子分选装置10由上基板sb1与下基板sb2组装而成。在此些实施例中，下基板sb2可为平板结构，而上基板sb1可具有开口与位于下表面的凹陷。举例而言，上基板sb1的开口可包括用于组装而形成培养液槽100的开口p
100
，且可包括用于组装而形成回收槽110的开口p
110
。此外，上基板sb1的凹陷可包括用于组装而形成分选流道120的凹陷r
120
。下基板sb2的交迭于开口p
100
的一部分可作为培养液槽100的底面，而开口p
100
的侧壁可定义出培养液槽100的侧壁。下基板sb2的交迭于开口p
110
的一部分可作为回收槽110的底面，而开口p
110
的侧壁可定义出回收槽110的侧壁。另一方面，下基板sb2的交迭于凹陷r
120
的一部分可作为分选流道120的底面，而凹陷r
120
的表面(亦即自上基板sb1的下表面凹陷的表面)可定义出分选流道120的顶面与侧壁。
24.精子分选装置10还包括连通于分选流道120的进出口h
120
。精子样品可经由进出口h
120
进入分选流道120，且在进行分选之后可经由进出口h
120
而将高活性精子取出。在精子分选装置10由上基板sb1与下基板sb2组装而成的实施例中，进出口h
120
贯穿上基板sb1的具有凹陷r
120
的一部分，而能够连通于由上基板sb1的凹陷r
120
与下基板sb2的交迭于凹陷r
120
的一部分所定义出的分选流道120。
25.请参照图2，在将上基板sb1与下基板sb2组装在一起之后，可观察到培养液槽100与回收槽110。然而，由于分选流道120可为位于精子分选装置10内部的空间，因此自精子分选装置10的外观可能无法观察到分选流道120，而可能仅可观察到连通于分选流道120的进出口h
120
。在一些实施例中，上基板sb1的具有凹陷r
120
的一部分的厚度t1小于上基板sb1的具有开口p
100
、开口p
110
的部分的厚度t2。厚度t1可能略大于将参照图5所说明的分选流道120的高度d
120
。此外，在此些实施例中，厚度t2相对于厚度t1的比值可例如是在4至5的范围中。举例而言，厚度t2可在4mm至20mm的范围中，而厚度t1可在1mm至4mm的范围中。另一方面，在一些实施例中，下基板sb2具有单一厚度t3。举例而言，厚度t3可在1mm至4mm的范围中。
26.图3是图1所示的上基板sb1的下表面的平面示意图。图4是图1及图3所示的微流道mc的三维放大示意图。
27.请参照图1与图3，分选流道120可具有靠近培养液槽100的第一部分120a以及较靠近回收槽110的第二部分120b。分选流道120的第一部分120a可朝向培养液槽100渐缩，而分选流道120的第二部分120b可朝向回收槽110渐缩。换言之，第一部分120a的宽度w
120a
可朝向培养液槽100而逐渐减少，且第二部分120b的宽度w
120b
可朝向回收槽110而逐渐减少。高活性精子具有逆流(例如是培养液流)的特性，使得高活性的精子可能聚集在流速较高的区域。借由使分选流道120的靠近培养液槽100的部分(亦即第一部分120a)朝向培养液槽100渐缩，可使培养液自培养液槽100进入分选流道120时可具有较高流速，且沿着远离培养液槽100的方向逐渐降低流速。如此一来，高活性精子可能聚集在分选流道120的靠近培养液槽100的部分(亦即第一部分120a)，而低活性精子或不具活性的精子可随着培养液往回收槽110的方向流动。此外，借由使分选流道120的靠近回收槽110的部分(亦即第二部分120b)朝向回收槽110渐缩，可使夹带低活性或不具活性的精子的培养液加速离开分选流道120而进入回收槽110。在一些实施例中，分选流道120的第二部分120b的尾端(亦即与回收槽110直接连通的一端)经设计为窄通道nc，以使夹带低活性或不具活性的精子的培养液进一步加速进入回收槽110。在此些实施例中，窄通道nc可为分选流道120的颈缩部，且宽度w
120b
在窄通道nc处显著地降低至最小值。此外，在一些实施例中，分选流道120的第一部分120a的渐缩程度小于第二部分120b的渐缩程度。换言之，宽度w
120a
的变化率可小于宽度w
120b
的变化率。如此一来，可避免培养液自培养液槽100进入分选流道120时具有过高的流速，而将高活性精子冲到分选流道120的靠近回收槽110的部分(亦即第二部分120b)。举例而言，宽度w
120a
可在20mm至30mm的范围中。此外，宽度w
120b
可在28mm至1mm的范围中，其中宽度w
120b
在窄通道nc处可为约1mm。另一方面，第一部分120a的长度l
120a
可在17mm至20mm的范围中，而第二部分120b的长度l
120b
可在15mm至18mm的范围中。
28.在一些实施例中，进出口h
120
连通于分选流道120的第一部分120a，也就是高活性精子基于逆流特性所聚集的区域。如此一来，可提高所采集到的高活性精子数量。然而，进出口h
120
应与培养液槽100保持适当距离，以避免进入分选流道120的精子直接回流至培养液槽100。举例而言，进出口h
120
的位置可靠近第一部分120a的远离培养液槽100的一端。
29.在一些实施例中，分选流道120更具有位于第一部分120a与第二部分120b之间的第三部分120c。第三部分120c的宽度w
120c
可大约等于第一部分120a的宽度w
120a
的最大值以及第二部分120b的宽度w
120b
的最大值。举例而言，分选流道120的第三部分120c的宽度w
120c
可在28mm至30mm的范围中。此外，分选流道120的第三部分120c的长度l
120c
可在9mm至12mm的范围中。
30.请参照图3与图4，在一些实施例中，分选流道120的第一部分120a经由多个并排的微流道mc而连通于培养液槽100。各微流道mc的宽度w
mc
(标示于图4)远小于分选流道120的宽度(例如是参照图3所说明的宽度w
120a
)，以避免聚集在分选流道120的第一部分120a的高活性精子通过微流道mc而回流至培养液槽100。举例而言，微流道mc的宽度w
mc
可在0.2mm至0.4mm的范围中。在一些实施例中，借由位于上基板sb1的下表面的多个鳍状结构fn来定义出多个微流道mc。多个鳍状结构fn自凹陷r
120
的凹面凸起，且并排地延伸于培养液槽100与分选通道120的一端之间。每一鳍状结构fn可位于相邻微流道mc之间。此外，在将上基板sb1与下基板sb2结合之后(如图2所示)，鳍状结构fn可接触下基板sb2，使得培养液槽100与分选流道120仅能透过微流道mc而彼此连通。由此可知，鳍状结构fn的高度可实质上等于凹陷r
120
的深度。
31.图5是根据本发明一些实施例的精子分选装置10的分选流道120的剖视示意图。须注意的是，以下将以分选流道120的第一部分120a描述高活性精子hm与较低活性或不具活性的精子lm在分选流道120中的行为特征。然而，此行为特征亦可出现于分选流道120的第二部分120b与第三部分120c中。此外，箭号ar标示出培养液的流向。
32.请参照图3与图5，除了以上所描述的逆流特性之外，高活性精子(在图5标示为高活性精子hm)在特定情况下更会倾向于聚集在分选流道120的顶面、侧壁以及底面处。具体而言，当精子样品所在的分选流道120的区段具有大于特定特征尺寸的宽度时，精子样品中的高活性精子hm具有上述特性，也就是倾向于聚集在分选流道120的顶面、侧壁以及底面处。另一方面，具有较低活性或不具活性的精子lm则可能位于分选流道120的中空通道处，且随着穿过此中空通道的培养液(如箭号ar所标示)而被带到回收槽110(如参照图3所说明)。如此一来，更多高活性精子hm可停留在分选流道120中而被采集。因此，可分选出更多高活性精子hm。在一些实施例中，分选流道120的第一部分120a的宽度w
120a
维持大于上述特征尺寸，而使高活性精子hm集中于分选流道120的第一部分120a中。举例而言，上述的特征尺寸可在约200微米(μm)至约400μm的范围中(例如是等于约400μm)，而宽度w
120a
的范围可在20毫米(mm)至30mm的范围中。此外，分选流道120的第三部分120c的宽度w
120c
也可大于上述的特征尺寸，以使高活性精子hm也可部分地集中于第三部分120c的顶面、侧壁与底面处。相似地，分选流道120的第二部分120b的某些区段的宽度w
120b
也可大于上述的特征尺寸，而使高活性精子hm也能够部分地聚集于第二部分120b中。
33.另一方面，假如精子样品所在的分选流道120的区段的宽度小于上述特征尺寸时，高活性精子hm可能只会聚集于该区段的角落处(例如是该区段的顶面与侧壁所构成的角落
以及该区段的侧壁与底面所构成的角落)，而可能不会遍布于该区段的顶面、侧壁以及底面。如此一来，仅有相对少数的高活性精子hm可集中于此区段。若分选流道120的宽度整体上或大致上小于上述特征尺寸，则所采集的高活性精子hm的数量则可能受到大幅限制。
34.在一些实施例中，分选流道120的高度d
120
为约100μm。再者，分选流道120的各部分(例如是包括第一部分120a、第二部分120b与第三部分120c)可具有实质上相同的高度(亦即高度d
120
)。换言之，分选流道120的上表面与下表面均可为实质上平坦的表面。
35.以上所述的精子分选装置10同时运用了高活性精子的逆流特性以及聚集在分选流道120的内表面的特性，故以精子分选装置10来对精子样品进行分选可采集到大量的高活性精子。如此一来，精子分选装置10不但可用于icsi人工受孕技术，更可运用于ivf人工受孕技术。举例而言，对于100μl且精子浓度约为12m/ml的精子样品而言，运用精子分选装置10可采集到约186,000只的高活性精子。此外，经分选后高活性精子的比例可从约43.1％大幅提升至91.3％。作为另一个实例，对于100μl且精子浓度约为20.2毫升莫耳浓度(m/ml)的精子样品而言，运用精子分选装置10可采集到约156,600只高活性精子。此外，经分选后高活性精子的比例可从约39.6％大幅提升至92.3％。
36.图6是根据本发明一些实施例的精子分选方法的流程图。此精子分选方法是借由使用以上所描述的精子分选装置10来进行。以下将参照图6及图3来说明此精子分选方法。
37.请参照图6与图3，进行步骤s400，以少量培养液润湿精子分选装置10。在一些实施例中，可由培养液槽100注入少量培养液，以使培养液经由微流道mc与分选流道120而进入回收槽110，借此润湿整个精子分选装置10。此外，在一些实施例中，培养液为vitromed公司所生产的sperm wash培养液。
38.在步骤s402处，将培养液注入至培养液槽100与回收槽110。在一些实施例中，分别在培养液槽100与回收槽110注入约500μl的培养液。随后，待培养液在培养液槽100、分选流道120与回收槽110的液面高度达到一致。
39.在步骤s404处，将精子样品注入分选流道120。精子品可经由进出口h
120
而被注入分选流道120。在一些实施例中，精子样品可为精子检体与培养液的混合溶液。此外，在一些实施例中，可将约100μl的精子样品注入分选流道120。
40.在步骤s406处，将额外培养液注入至培养液槽100。此时所注入的培养液开始往分选流道120流动，而在分选流道120中形成培养液流。分选流道120中的高活性精子可对应于此培养液流而表现出如上所述的逆流特性以及聚集在分选流道120的内表面的特性。在一些实施例中，间隔地执行多次将培养液注入至培养液槽100的步骤。举例而言，每隔2分钟将约120μl的培养液注入至培养液槽100，直至10分钟为止。
41.在步骤s408处，自分选流道120取出经分选的溶液。可使用定量吸管(pipette)自连通于分选流道120的进出口h
120
取出经分选的溶液。经分选的溶液包含高活性精子与培养液，且可能有包含少量较低活性或不具活性的精子。在一些实施例中，可自分选流道120取出约65μl的经分选的溶液。
42.至此，已完成本发明一些实施例的精子分选方法。由上述说明可知，高活性精子自从被注入分选流道120之后，就至少大部分地留在分选流道120中，而较低活性或不具活性的精子随着培养液流至回收槽110。随后，留在分选流道120中的经分选的溶液可自分选流道120而被取出。换言之，高活性精子不需长距离移动，故可以较短时间完成分选，且节省高
活性精子消耗的能量。此外，因精子样品是直接被注入至分选流道120，故可确保实质上所有精子受到分选，因此可提高分选成效。
43.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。