技术摘要：
本发明提供了一种用于精子筛选的微通道协同孕酮趋化芯片及其使用方法，所述的微通道协同孕酮趋化芯片在使用状态下包括由下至上依次层叠设置的芯片中板、微通道膜和芯片顶板；所述的芯片中板上开设有样本室，所述的芯片顶板上开设有与所述样本室位置对应的取样室，所述  全部
背景技术：
精子是承载人类繁衍生息重任的生殖细胞，本质上属于单细胞生物。然而，近年 来，随着工业化进程的不断向前推进，使得环境污染日趋严重，这在很大程度上影响了人类 的生育能力，尤其男性不育的发病率越来越高。其中，精子形态和活力的下降被认为是引起 男性不育的重要因素之一，因而，在临床中对精子进行全面的检测就显得尤为重要。 人体内的受精作用是一个复杂的生理过程，众多研究证实：在正常人体内，精子需 要通过女性生殖道的层层筛选，才能够到达卵子所在的受精部位发生受精作用。这样的机 制既保证了单精入卵又能筛选出健康的精子最终完成受精。现今得到公认的体内筛选机制 有：精子的活力筛选，只有那些运动能力较强的精子才能够游过细长的女性生殖道到达输 卵管内的受精部位，并发生顶体反应，完成受精；体内的另一种重要筛选机制是精子的趋向 性筛选，趋向性又主要包括两种机制：一是化学趋向性(简称趋化性)，即精子沿着(或逆着) 化学物质的浓度梯度的方向运动，而化学物质主要由卵子和卵丘细胞分泌，因此可以诱导 具有趋化性的精子准确地找到卵子的位置。二是温度趋向性(简称趋温性)筛选，即精子沿 着(或逆着)温度梯度的方向游动，此种机制是一种长距离的作用，发生在输卵管和子宫连 接处(34.7℃)与输卵管狭部即受精部位(36.3℃)之间。精子的功能障碍被认为是导致不育 发生的最重要的单一原因，然而数十年来，在临床上精液的质量仅仅通过少数几个简单的 指标进行检测。 精子选择对于通过辅助生殖技术(ART)受孕而获得的后代的健康至关重要。为了 获得质量更好的精子，避免潜在的遗传疾病，人们开发了各种用于IVF和ICSI的精子优选方 法，目前的精子优选技术主要有上游法和密度梯度离心法。 上游法的原理是利用活动精子的游动能力，即能游过液体界面进入不同的培养 液，从而与死精子、活动力差的精子、凝集精子、畸形精子、红、白细胞及其他有害成分及杂 质自行分离，由于纯物理作用而使精子重新分布，故理论上不影响精子的生物学特性。适用 于精液常规大致正常的精液标本，特点是回收到的精子活动率明显提高，正常形态精子百 分率增加，缺点是精子的回收率低，精子密度低和活动力差的标本不适用。 密度梯度离心法的原理是正常精子与畸形精子、不活动精子及精液中的其他细胞 成分在运动能力、运动轨迹和浮力密度等方面出现差异，在密度梯度溶液柱中运行的能力 也有差异，离心后，精液中的各种成分在密度梯度溶液柱中达到平衡，停留在各自的等浮力 密度点上，从而达到分类正常精子。不连续密度梯度离心法是目前较常用的方法，即在离心 前不同密度的溶液分层制成不连续密度梯度溶液柱。密度梯度离心法由于使用机械离心下 会增加精子的物理损伤，增加精子DNA碎片率，从而降低精子的质量。 CN107099444A公开了一种精子分选芯片、精子检测设备及精子检测方法，为解决 4 CN 111592970 A 说　明　书 2/6 页 现有精子分选及检测设备检测流程繁琐且成本高昂的问题而设计。该精子分选芯片包括上 层板和下层板，上层板设有注入孔和吸出孔，下层板与上层板相贴合的板面上设置有分选 槽，分选槽与注入孔和吸出孔均连通，上层板或者下层板上设置有用于使分选槽获得温度 梯度的控温模块，注入孔相对的分选槽一侧的温度低于吸出孔相对的分选槽一侧的温度。 CN104024405B公开了一种获取精子样品中具高运动力的精子的微流体芯片，其包 括：(a)一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，并且所述分歧流道的宽度从所述 第一流道的宽度开始逐渐增大；(d)位于该分歧流道的一或两侧的多个出口区；(e)一第二 流道，位于该分歧流道的下游；及(f)位于微流体芯片的入口区相反端且与该第二流道的流 体连通的出口区；其中该芯片另包含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，其中该距离的范围为从100微米至10 微米。 CN107179401A公开了一种基于微流控芯片的精子质量快速检测系统及检测方法。 该系统包括微流控芯片、读数器和智能终端；所述微流控芯片包括微流控通道单元板和基 底；所述微流通道单元板设置在基底上；所述微流通道单元板包括入口、微流通道、微腔和 气体通道；所述微流通道的一端与入口连通，另一端与n个等间距的微腔连通；所述气体通 道与微流通道位于同一平面且相邻排布，气体通道的一端与手指薄膜泵连接，另一点封闭； 所述伞形单向微阀安装于气体通道的干路上，伞形单向微阀上具有溢气孔；所述微腔与气 体通道相邻；所述读数器包括第一透镜组、第二透镜组、镜筒、调焦螺旋和光源；所述智能终 端的摄像头和读数器的镜筒对齐。 但目前已知的文献资料中并未根据精子的运行形态对精子进行筛选。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于精子筛选的微通道协 同孕酮趋化芯片及其使用方法，在微通道膜的物理筛分和趋化剂对获能精子的趋化双重作 用下使得更多的形态正常且运动活跃的精子进入取样室，本发明利用微通道膜技术和趋化 技术实现了根据精子正常形态和运动特征来筛选形态正常且运动活跃的精子。 为达此目的，本发明采用以下技术方案： 第一方面，本发明提供了一种用于精子筛选的微通道协同孕酮趋化芯片，所述的 微通道协同孕酮趋化芯片在使用状态下包括由下至上依次层叠设置的芯片中板、微通道膜 和芯片顶板。 所述的芯片中板上开设有样本室，所述的芯片顶板上开设有与所述样本室位置对 应的取样室，所述的微通道膜夹设于样本室和取样室的对接面，隔开所述的样本室和取样 室，精子样本中正常形态的精子由样本室穿过微通道膜进入取样室。 所述的取样室上方罩扣有趋化盖板，所述的趋化盖板上设置有趋化剂承载柱，所 述的趋化剂承载柱上开设有与取样室相通的通孔，趋化剂承载柱内承载的趋化剂经通孔释 放进入取样室。 自然受精过程中，精子需要从阴道迁移到输卵管和卵子相遇，精子在阴道内的迁 移过程需要穿过阴道粘液形成的“微通道”，只有正常形态精子可以通过6～8微米的微孔， 5 CN 111592970 A 说　明　书 3/6 页 而畸形精子不能通过，因此在自然受精过程中，通过阴道粘液形成的“微通道”实现了对精 子的优选筛分，本发明通过设置微通道膜模拟了该物理筛分过程，只有形态正常的精子才 能通过微通道膜进入取样室，而畸形精子则不能通过微通道膜，并被微通道膜截留在样本 室内。 在自然受精过程中，精子的获能和运动能力主要受宫颈和输卵管内的分泌物(如 cAMP、钙离子等)调控；精子在雌性生殖道内的获能受多种激素影响，其中孕酮不但能够调 节雌性动物生殖生理状态，而且可以趋化获能的精子，将获能的精子引导至卵细胞。本发明 同样模拟了这一趋化过程，通过在趋化盖板上设置趋化剂承载柱，趋化剂承载柱释放的趋 化剂实现了微通道膜两侧的取样室和样本室之间的趋化剂浓度梯度，在浓度梯度存在的情 况下使得获能后运动活跃的精子趋化穿过微通道膜进入取样室。 在微通道膜的物理筛分和趋化剂对获能精子的趋化双重作用下使得更多的形态 正常且运动活跃的精子进入取样室，由此，本发明利用微通道膜技术和趋化技术实现了根 据精子正常形态和运动特征来筛选形态正常且运动活跃的精子。 需要说明的是，在本发明中，芯片中板上开设凹槽，芯片中板上的凹槽与微通道膜 的下表面形成的空腔作为样本室；芯片顶板上开设通孔，芯片顶板上的通孔与微通道膜的 上表面形成的空腔作为取样室，芯片中板上的凹槽开口大小与芯片顶板上的通孔大小相等 位置相对。更进一步地，芯片中板为中心开设有圆形凹槽的正方形薄板，芯片顶板为环形薄 壁，芯片顶板的外周面直径小于芯片中板的边长。 作为本发明一种优选的技术方案，所述的芯片中板上开设有进样口。 优选地，紧贴所述的芯片中板底面设置有芯片底板，所述的芯片底板上设置有进 样通道，所述的进样口通过进样通道连通所述的样本室。 需要说明的是，芯片中板的中心位置开设通孔替代上述凹槽，微通道膜下表面封 堵通孔的上端开口，芯片底板的上表面封堵通孔的下端开口，芯片中板的通孔、微通道膜下 表面与芯片底板上表面共同围成相对封闭的样本室。 优选地，所述的进样通道为条形凹槽结构，所述的进样通道两端分别连通样本室 和进样口。 优选地，芯片中板底面设置有中板背胶，所述的芯片中板通过中板背胶粘贴固定 于芯片底板上。 作为本发明一种优选的技术方案，所述的微通道膜的膜孔径为6～8μm，例如可以 是6.0μm、6.1μm、6.2μm、6.3μm、6.4μm、6.5μm、6.6μm、6.7μm、6.8μm、6.9μm、7.0μm、7.1μm、7.2 μm、7.3μm、7.4μm、7.5μm、7.6μm、7.7μm、7.8μm、7.9μm或8.0μm， 作为本发明一种优选的技术方案，所述的趋化剂为孕酮凝胶或孕酮琼脂。 作为本发明一种优选的技术方案，所述的芯片顶板上开设有取样口。 优选地，所述的趋化盖板与取样口相对位置处设置有缺口，通过缺口由取样口吸 取精子样本。 作为本发明一种优选的技术方案，所述的趋化盖板的中心处下凹形成空腔作为趋 化剂承载柱，所述的空腔内注入趋化剂。 优选地，所述的空腔为倒锥形结构，所述的倒锥形结构的空腔尖端开设有通孔。 作为本发明一种优选的技术方案，所述的芯片顶板底面设置有顶板背胶，所述的 6 CN 111592970 A 说　明　书 4/6 页 芯片顶板通过顶板背胶粘贴固定于芯片中板上。 作为本发明一种优选的技术方案，所述的芯片顶板的周向外缘设置有环形凹槽。 优选地，所述的趋化盖板的底边外缘设置有与芯片顶板环形凹槽相匹配的环形卡 扣，所述的环形卡扣与环形凹槽啮合卡紧。 第二方面，本发明提供了一种第一方面所述的微通道协同孕酮趋化芯片的使用方 法，所述的使用方法包括： 精液样本经进样口注入样本室，通过取样口向取样室注入洗精液，趋化剂承载柱 向取样室释放孕酮，微通道膜两侧的样本室和取样室之间形成趋化剂浓度梯度，在趋化剂 浓度梯度的趋化作用和微通道膜的物理筛选作用下，正常形态的精子得以穿过微通道膜进 入取样室。 作为本发明一种优选的技术方案，所述的趋化剂为孕酮凝胶或孕酮琼脂。 优选地，所述的取样室一侧的趋化剂浓度高于取样室一侧的趋化剂浓度。 优选地，所述的样本室和取样室之间形成50～100pmol/L的趋化剂浓度梯度，例如 可以是50pmol/L、60pmol/L、70pmol/L、80pmol/L、90pmol/L、100或pmol/L。 与现有技术相比，本发明的有益效果为： (1)自然受精过程中，精子需要从阴道迁移到输卵管和卵子相遇，精子在阴道内的 迁移过程需要穿过阴道粘液形成的“微通道”，只有正常形态精子可以通过6～8微米的微 孔，而畸形精子不能通过，因此在自然受精过程中，通过阴道粘液形成的“微通道”实现了对 精子的优选筛分，本发明通过设置微通道膜模拟了该物理筛分过程，只有形态正常的精子 才能通过微通道膜进入取样室，而畸形精子则不能通过微通道膜，并被微通道膜截留在样 本室内。 (2)在自然受精过程中，精子的获能和运动能力主要受宫颈和输卵管内的分泌物 (如cAMP、钙离子等)调控；精子在雌性生殖道内的获能受多种激素影响，其中孕酮不但能够 调节雌性动物生殖生理状态，而且可以趋化获能的精子，将获能的精子引导至卵细胞。本发 明同样模拟了这一趋化过程，通过在趋化盖板上设置趋化剂承载柱，趋化剂承载柱释放的 趋化剂实现了微通道膜两侧的取样室和样本室之间的趋化剂浓度梯度，在浓度梯度存在的 情况下使得获能后运动活跃的精子趋化穿过微通道膜进入取样室。 (3)在微通道膜的物理筛分和趋化剂对获能精子的趋化双重作用下使得更多的形 态正常且运动活跃的精子进入取样室，本发明利用微通道膜技术和趋化技术实现了根据精 子正常形态和运动特征来筛选形态正常且运动活跃的精子。 附图说明 图1为本发明一个