精子优选芯片设计与优

随 着 生 存 环 境 和 生 理 条 件 的 变 化 ， 男 性 不 育 率 逐 年 增 加 ， 人 类 对 辅 助 生 殖 技 术 （ ａ ｓ ｓ ｉ ｓ ｔ ｅ ｄ ｒ ｅ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ａ Ｒ Ｔ ） 的 应 用 需 求 日 益 增 长 ［ １ ］ 。 自 １ ９ ７ ８ 年 首 例 试 管 婴 儿 诞 生 以 来 ， 在 全 球 约 有 ８ ０ ０ 万 婴 儿 是 借 助 Ａ Ｒ Ｔ 诞 生 的 ， 并 且 新 生 儿 数 量 每 年 都 在 持 续 增 加 ［ ２ ］ 。 宫 腔 内 人 工 授 精 （ ｉ ｎ ｔ ｒ ａ  ｕ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｅ ｉ ｎ ｓ ｅ ｍ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｉ Ｕ Ｉ ） 和 体 外 受 精 （ ｉ ｎ ｖ ｉ ｔ ｒ ｏ ｆ ｅ ｒ ｔ ｉ ｌ ｉ ｚｔ ｒ ａ ｃ ｙ ｔ ｏ ｐ ｌ ａ ｓ ｍ ｉ ｃ ｓ ｐ ｅ ｒ ｍ ｉ ｎ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｉ Ｖ Ｆ ／ Ｉ Ｃ Ｓ Ｉ ） 技 术 已 成 为 治 疗 不 孕 症 的 有 效 手 段 ［ ３ ～ ５ ］ 。 健 康 精 子 的 选 择 对 于 Ａ Ｒ Ｔ 至 关 重 要 ， 它 既 影 响 Ａ Ｒ Ｔ 的 成 功 率 ， 又 影 响 后 代 健 康 。 在 Ａ Ｒ Ｔ 中 ， 精 液 处 理 方 法 主 要 有 密 度 梯 度 离 心 法 和 直 接 上 游 法 。 这 些 方 法 均 使 用 了 离 心 富 集 精 子 的 步 骤 ， 离 心 会 产 生 活 性 氧 （ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｏ ｘ ｙ ｇ ｅ ｎ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｅ ｓ ， Ｒ Ｏ Ｓ ） ， 导 致 精 子 过 氧 化 损 伤 ， 影 响 Ｄ Ｎ Ａ 碎 片 率 （ Ｄ Ｎ Ａ ｆ ｒ ａ ｇ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ ， Ｄ Ｆ Ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ／ ｉ ｎ 

并损害精子功能［６～９］。过多的ＲＯＳ含量，还会引起精子质量降低而影响精卵结合，可能降低ＡＲＴ成功率［１０～１３］。近些年，随着微纳米制造技术的发展涌现许多新技术，如微流控、电泳技术等，消除了离心步骤，可以选择具有较低的ＤＦＩ、更高活力的精子，并改善了ＡＲＴ结果［１４］，但这些设备的精液处理的吞吐量低，因此限制了他们在生殖医学临床的应用［１５～１８］。为了解决传统精子优选和当前微流控精子优选方法的局限性，本文构建了一种基于微孔过滤片的精子优选微流控设备，通过对硅基过滤片的孔间距和优选时间进行优化，利用高活力的健康精子可以抵抗重力，在微孔的引导下游向样本收集腔，提供了一种可以从未处理的精液样本中高通量地分离出高活力、高ＤＮＡ完整性和高形态正常率精子的优选方法，可满足ＡＲＴ临床需要。

实验结果显示，使用硅基过滤片可以对精子质量进行有效筛选，筛选后的精子具有更高的活力、ＤＮＡ完整性和形态正常率。精子活力、数量与ＤＦＩ和形态正常率呈一定的相关性［１９］，相比于未经筛选的精液样本，收集池中的高活力精子的ＤＦＩ降低，形态正常率得到提升。硅基过滤片的孔间距对筛选后的精子活力和活动精子回收率有明显影响。筛选时间和过滤片孔间距对精子活力和活动精子回收率的影响是相互制约的。较长的筛选时间，允许更多的活动精子通过过滤片，但是同时也有一些低活力精子被带入到收集池，所以相比于１５ｍｉｎ，３０ｍｉｎ的活动精子回收率较高，但精子活力有所下降。较小的孔间距意味着在相同面积的硅基过滤片上有更多的微孔，这允许更多的精子通过过滤片，所以在相同时间内收集池中会有更多的活动精子，但较小的孔间距同时也增大了低活力精子被带入收集池中的风险。所以相比于４μｍ的孔间距的过滤片，使用１０μｍ的过滤片收集的精子具有更高的活力值，但回收率较

本 文 开 发 了 一 种 简 单 的 微 流 控 精 子 优 选 芯 片 ， 该 芯 片 利 用 过 滤 片 中 数 十 万 微 米 尺 度 的 小 孔 ， 高 活 力 精 子 会 克 服 重 力 穿 过 微 孔 ， 游 向 精 子 收 集 池 。 使 用 该 方 法 可 以 从 液 化 后 的 精 液 样 本 中 优 选 出 具 有 高 活 力 、 高 Ｄ Ｎ Ａ 完 整 性 和 高 形 态 正 常 率 的 精 子 。 根 据 精 子 活 力 和 活 动 精 子 回 收 率 两 项 标 准 ， 对 精 子 筛 选 时 间 和 硅 基 过 滤 片 的 孔 间 距 进 行 了 优 化 ， 确 定 了 一 般 情 况 下 的 最 优 筛 选 时 间 为 １ ５ ｍ ｉ ｎ ， 过 滤 片 孔 间 距 为 ６ μ ｍ 。 综 上 ， 利 用 该 精 子 优 选 芯 片 可 以 有 效 地 筛 选 出 足 够 多 的 前 向 运 动 的 精 子 。 筛 选 后 的 精 子 同 时 具 有 较 高 的 Ｄ Ｎ Ａ 完 整 性 和 形 态 正 常 率 。 芯 片 精 液 吞 吐 量 大 ， 活 动 精 子 回 收 率 较 高 具 有 一 定 的 临 床 应 用 价 值 ， 为 后 续 进 行 体 外 受 精 实验奠定基础。