阅读说明：本技术 精子分选器与精子分选方法 (Sperm sorter and sperm sorting method ) 是由 曾繁根 潘力诚 吴仁贵 曾咏钦 王绥盛 于 2019-02-01 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种精子分选器及精子分选方法。精子分选器包括入料槽、上游分选槽、渐扩流道、回收槽以及出料槽。上游分选槽连通于入料槽与渐扩流道之间。渐扩流道具有靠近上游分选槽的入口端与远离上游分选槽的出口端,且入口端的宽度与深度分别小于出口端的宽度与深度。回收槽连通于渐扩流道的出口端。出料槽连通于渐扩流道的入口端与出口端之间的部分。(The invention provides a sperm sorting device and a sperm sorting method. The sperm separator comprises a feeding groove, an upstream separation groove, a divergent runner, a recovery groove and a discharge groove. The upstream sorting groove is communicated between the feeding groove and the divergent runner. The divergent flow channel is provided with an inlet end close to the upstream sorting groove and an outlet end far away from the upstream sorting groove, and the width and the depth of the inlet end are respectively smaller than those of the outlet end. The recovery tank is communicated with the outlet end of the divergent flow passage. The discharge chute is communicated with the part between the inlet end and the outlet end of the divergent runner.)

精子分选器与精子分选方法

技术领域

本发明是有关于一种精子分选器与精子分选方法。

背景技术

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(invitro fertilization，IVF)以及胞浆精子注射(intracytoplasmic sperm injection，ICSI)等。特别来说，各种人工授孕法对于精子的活动性(motility)与精子数量的要求不尽相同。因此，如何精准地依据精子的活动性来分选精子成为本领域的重要课题之一。

发明内容

本发明提供一种精子分选器以及精子分选方法，能够分选出适用于不同人工授孕法的精子。

本发明实施例的精子分选器包括入料槽、上游分选槽、渐扩流道、回收槽以及出料槽。上游分选槽连通于入料槽与渐扩流道之间。渐扩流道具有靠近上游分选槽的入口端与远离上游分选槽的出口端，且入口端的宽度与深度分别小于出口端的宽度与深度。回收槽连通于渐扩流道的出口端。出料槽连通于渐扩流道的入口端与出口端之间的部分。

在一些实施例中，精子分选器还包括过滤结构。过滤结构设置于入料槽中，以使精液样品经由过滤结构过滤后再进料至上游分选槽。

在一些实施例中，精子分选器还包括排放流道以及挡块。排放流道连通于渐扩流道的出口端与回收槽之间。挡块设置于排放流道中。

在一些实施例中，挡块自排放流道的顶面朝排放流道中延伸，且挡块的靠近渐扩流道的一端的厚度小于挡块的靠近回收槽的另一端的厚度。

在一些实施例中，排放流道包括多个微流道。多个微流道彼此实质上平行地排列且连通于回收槽。

在一些实施例中，渐扩流道具有前段、中段与后段。前段最靠近入口端，后段最靠近出口端，中段位于前段与后段之间，且出料槽连通于中段。

在一些实施例中，渐扩流道的前段、中段以及后段的深度分别在由入口端至出口端的方向上渐增，且中段的深度在此方向上的增幅大于前段与后段的深度在此方向上的增幅。

在一些实施例中，渐扩流道的中段与后段的宽度分别在由入口端至出口端的方向上渐增。

在一些实施例中，精子分选器还包括前导流道。前导流道连通于渐扩流道的入口端与上游分选槽之间。

本发明实施例的精子分选方法包括：提供精子分选器，其中精子分选器包括入料槽、上游分选槽、渐扩流道、回收槽以及出料槽，上游分选槽连通于入料槽与渐扩流道之间，渐扩流道的入口端与出口端分别连通于上游分选槽与回收槽，渐扩流道的入口端的深度与宽度分别小于渐扩流道的出口端的深度与宽度，出料槽连通于渐扩流道的位于入口端与出口端之间的部分；由上游分选槽将培养液加入精子分选器，且密封出料槽；由入料槽将精液样品加入精子分选器；待上游分选槽与回收槽的液面高度高于出料槽的液面高度，打开出料槽，以使高活动性精子流入出料槽；以及自出料槽取出高活动性精子。

在一些实施例中，精子分选方法还包括：自上游分选槽的顶部取出活体精子。

基于上述，本发明实施例的精子分选器属于一种被动分选装置，其可利用精子的运动特性来进行分选。具体而言，精子分选器整合了能够借由精子上游(swim-up)特性分选精子的上游分选槽以及能够借由精子逆流而上的特性分选精子的渐扩流道。因此，精子分选器可针对不同的人工授孕法分选出不同数量以及不同活动性范围的精子。在一些实施例中，渐扩流道是三维渐扩的流道。也就是说，渐扩流道在水平方向与垂直方向上均朝向出口端渐扩，而可具有较大的容量。如此一来，可提高精子分选器每次能处理的精液量。此外，在一些实施例中，借由在精子分选器的入口处设置过滤结构，可避免精液样品中的杂质堵塞精子分选器。除此之外，本发明实施例的精子分选方法借由控制出料槽的密封与否，而可产生出料槽与精子分选器的其他部分之间的液面高度差。据此，可简单地迫使在渐扩流道中的高活动性精子流入出料槽。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1是依照本发明一些实施例的精子分选器的立体分解图。

图2是沿图1的线A-A’的剖视示意图。

图3是图1的前导流道、渐扩流道与排放流道的放大示意图。

图4是图1的前导流道、渐扩流道、排放流道与挡块的放大示意图。

具体实施方式

图1是依照本发明一些实施例的精子分选器10的立体分解图。

图2是沿图1的线A-A’的剖视示意图。图3是图1的前导流道118、渐扩流道120与排放流道140的放大示意图。图4是图1的前导流道118、渐扩流道120、排放流道140与挡块BK的放大示意图。

请参照图1，在一些实施例中，精子分选器10可由上基板UP与下基板BP组合而成。上基板UP的材料与下基板BP的材料可分别为高分子材料、玻璃、金属、半导体材料等，且可彼此相同或彼此相异。在一些实施例中，可在上基板UP与下基板BP的彼此面对的表面上形成一或多组对准结构AL。每一组对准结构AL可为一对相对应的公母机构(亦即一对凸凹结构)。尽管图1示出设置于4个角落的4组对准结构AL，但所属领域中具有通常知知者可依据实际需求调整对准结构AL的位置与数量，本发明并不以此为限。

请参照图1与图2，精子分选器10包括入料槽100。精液样品可暂存于入料槽100中，且由入料槽100进入至精子分选器10的其他部分。在一些实施例中，入料槽100的结构可分为上部与下部。此上部与下部分别形成于上基板UP与下基板BP中，且可彼此组合而形成入料槽100。在一些实施例中，入料槽100为状桶状结构。在此些实施例中，入料槽100的孔径范围为5mm至15mm。此外，入料槽100的上部可凸出于上基板UP的顶面(亦即相对于下基板BP的表面)。然而，所属领域中具有通常知知者可依据实际需求改变入料槽100的形状与尺寸，本发明并不以此为限。

在一些实施例中，精子分选器10还包括过滤结构102。过滤结构102设置于入料槽100中，以过滤进料至入料槽100的精液样品。过滤结构102可为具有多个穿孔T的薄膜。举例而言，此薄膜的材料可包括SU8干膜。此外，多个穿孔T可阵列排列或散乱地排列于此薄膜中。举例而言，穿孔T的孔径可在40μm至15μm的范围中。在一些实施例中，过滤结构102可设置于上基板UP与下基板BP之间。将上基板UP与下基板BP结合之后，过滤结构102可夹置于入料槽100的上部与下部之间。借由设置过滤结构102，可过滤掉精液样品中的杂质。换言之，精液样品中的杂质可留在过滤结构102的上方，而使实质上不含杂质的精液经由过滤结构102而进到入料槽100的下部。

精子分选器10还包括连通于入料槽100的上游分选槽(swing up sortingchamber)110。在一些实施例中，精液样品可经过滤结构102过滤之后由通道CH1而进入上游分选槽110。具有活动性(motility)的精子(或称活体精子)有上游(swim up)特性，故位于上游分选槽110内的精液会主动地分层。换言之，上述活体精子会聚集于上游分选槽110内的液体的上层部分，而死体精子则会沈降于上游分选槽110内的液体的下层部分。在一些实施例中，在液体上层部分聚集的活体精子的活动性与数量均能符合人工授精(intrauterine insemination，IUI)法的要求。举例而言，人工授精法所需的精子数量大于20000只。因此，可吸取位于上游分选槽110内的液体的上层部分，以用于人工授精法。需注意的是，本文是以精子的移动速度来说明精子的活动性。

在一些实施例中，上游分选槽110的结构可分为上部与下部。此上部与下部分别形成于上基板UP与下基板BP中，且可彼此组合而形成上游分选槽110。此外，通道CH1可形成于下基板BP中，而连接于入料槽100的下部与上游分选槽110的下部之间。在一些实施例中，上游分选槽110为状桶状结构。在此些实施例中，上游分选槽110的孔径范围为10mm至50mm。然而，所属领域中具有通常知知者可依据实际需求改变上游分选槽110的形状与尺寸，本发明并不以此为限。此外，在一些实施例中，更可在上游分选槽110的上部的侧壁上形成多个刻度凹槽R1。多个刻度凹槽R1可沿水平方向延伸，且沿垂直方向排列。借由设置刻度凹槽R1，有助于操作者观察上游分选槽110内的液面高度。

精子分选器10还包括渐扩流道120。渐扩流道120连通于上游分选槽110，且上游分选槽110连通于入料槽100与渐扩流道120之间。在一些实施例中，渐扩流道120为设置于下基板BP的顶面的沟渠。将上基板UP与下基板BP相互结合之后，上基板UP的底面可定义出此沟渠(亦即渐扩流道120)的顶面。渐扩流道120具有靠近上游分选槽110的入口端EN与远离上游分选槽110的出口端EX。在一些实施例中，渐扩流道120的入口端EN可直接地连通于上游分选槽110。此外，渐扩流道120的入口端EN的底面可高出上游分选槽110的底面约0.5mm至5mm(如图2所示)。如此一来，可使上游分选槽110内的液体的上层部分流入渐扩流道120。换言之，活体精子可由上游分选槽110进入渐扩流道120。此外，请参照图3与图4，渐扩流道120的入口端EN的宽度WEN与深度DEN可分别小于出口端EX的宽度WEX与深度DEX。举例而言，宽度WEN可在0.1mm至2mm的范围中，且深度DEN可在0.1mm至2mm的范围中。另一方面，宽度WEX可在1.5mm至10mm的范围中，且深度DEX可在1mm至3mm的范围中。换言之，渐扩流道120的结构在橫向与纵向上均由入口端EN朝向出口端EX扇出(fan out)。因此，渐扩流道120内的液体流速可朝向出口端EX渐缓。高活动性精子具有逆流而上的特性，亦即会朝向渐扩流道120的入口端EN回游。由于渐扩流道120具有减缓流速的效果，故可避免将此些高活动性精子冲往出口端EX。如此一来，此些高活动性精子可聚集在渐扩流道120的靠近入口端EN的前半段，而活动较低的精子可流向渐扩流道120的出口端EX。

请参照图3与图4，在一些实施例中，渐扩流道120具有前段120a、中段120b以及后段120c。前段120a最靠近入口端EN，后段120c最靠近出口端EX，且中段120b延伸于前段120a与后段120c之间。在一些实施例中，前段120a从入口端EN开始延伸至中段120b的一侧，而后段120c由中段120b的另一侧延伸至出口端EX。在一些实施例中，前段120a的长度范围为1mm至10mm，中段120b的长度范围为1mm至10mm，且后段120c的长度范围可为1mm至15mm。此外，前段120a的宽度W120a与深度D120a朝向中段120b的方向些微地渐扩，且起始值分别等于入口端EN的宽度WEN与深度DEN。中段120b的宽度W120b与深度D120b分别在朝向后段120c的方向上大幅地增加。另一方面，后段120c的宽度W120c与深度D120c分别在朝向出口端EX的方向上连续地增加，直至出口端EX的宽度WEX与深度DEX。如此一来，渐扩流道120内的液体在前段120a中可具有较高的流速，且在中段120b与后段120c中具有较低的流速。因此，来自于上游分选槽110的液体可顺畅地进入渐扩流道120，且可在渐扩流道120的中段120b与后段120c处逐渐降速。高活动性精子可回游至前段120a，而可分别经由连接于前段120a的通道CH2、通道CH3而进入出料槽130a、出料槽130b(请参照图3)。

在一些实施例中，中段120b的深度增幅大于前段120a与后段120c的深度增幅。举例而言，前段120a的深度增幅可大于0.1mm，且小于或等于1mm。中段120b的深度增幅可为0.1mm至2mm。后段120c的深度增幅可为0.1mm至1.5mm。再者，中段120b的宽度增幅可大于前段120a与后段120c的宽度增幅。举例而言，中段120b的宽度增幅可为0.1mm至10mm，而后段120c的宽度增幅可为0.1mm至5mm。在此些实施例中，渐扩流道120内液体的流速由中段120b开始大幅降低。

请参照图3与图4，在一些实施例中，精子分选器10还包括前导流道118。前导流道118连通于渐扩流道120的入口端EN与上游分选槽110之间。在一些实施例中，前导流道118的宽度与深度实质上固定，且分别等于渐扩流道120的入口端EN的宽度WEN与深度DEN。

请参照图1与图3，精子分选器10还包括连通于渐扩流道120的出料槽130a与出料槽130b。在一些实施例中，出料槽130a与出料槽130b连通于渐扩流道120的前段120a，以收集聚集在前段120a的高活动性精子。在此些实施例中，出料槽130a与出料槽130b可分别经由通道CH2与通道CH3而连通于前段120a。在一些实施例中，出料槽130a较出料槽130b更靠近渐扩流道120的入口端EN。一般而言，活动性越高的精子可回游至越靠近入口端EN的区域。因此，在此些实施例中，出料槽130a所收集到的精子的活动性可略高于出料槽130b所收集到的精子的活动性。举例而言，出料槽130a所收集到的精子的在逆向流场中所能抵抗的流速可为180μm/s以上。如此一来，出料槽130a所收集到的精子可应用于胞浆精子注射(intracytoplasmic sperm injection，ICSI)。另一方面，出料槽130b所收集到的精子的在逆向流场中所能抵抗流速可为120μm/s至180μm/s，且数量大于或等于2000只。如此一来，出料槽130b所收集到的精子可应用于体外人工授孕(in vitro fertilization，IVF)。此外，在一些实施例中，出料槽130a与出料槽130b可设置于渐扩流道120的相对两侧。需注意的是，尽管本文以两个出料槽说明，所属领域中具有通常知知者可依据实际需求调整出料槽的数量，本发明并不以此为限。

请参照图3与图4，在一些实施例中，精子分选器10还包括排放流道140与挡块BK。排放流道140连通于渐扩流道120的出口端EX。在一些实施例中，排放流道140为设置于下基板BP的顶面的沟渠。此沟渠的宽度与深度可实质上等于渐扩流道120的出口端EX的宽度WEX与深度DEX。另一方面，挡块BK可为上基板UP的下表面的凸起结构。将上基板UP与下基板BP相互结合之后，挡块BK的底面可定义出排放流道140的顶面。以另一角度来看，挡块BK也可视为自排放流道140的顶面朝排放流道140内部延伸的结构。在一些实施例中，挡块BK可分为较靠近渐扩流道120的第一部分BK-1以及较远离渐扩流道120的第二部分BK-2。第一部分BK-1的厚度朝向远离渐扩流道120的方向渐增。另一方面，第二部分BK-2的厚度实质上为固定，且等于第一部分BK-1的相对于渐扩流道120的一侧的厚度。在此些实施例中，挡块BK的靠近渐扩流道120的一端的厚度小于远离渐扩流道120的另一端的厚度。此外，死体精子或活动性相当低的精子则可经由挡块BK下方而排出。

在一些实施例中，排放流道140包括多个彼此实质上平行排列的阻流系统微流道140a。死体精子或活动性相当低的精子可经由此些阻流系统微流道140a而排出。在一些实施例中，阻流系统微流道140a可位于挡块BK的第二部分BK-2的下方。借由设置此些阻流系统微流道140a，可进一步减缓液体在渐扩流道120中的流速。换言之，可更进一步地协助具有足够活动性的精子回游。在一些实施例中，相邻的阻流系统微流道140a之间的间隔可在0.1mm至1mm的范围中。

请参照图1与图2，精子分选器10更包括回收槽150。回收槽150连通于渐扩流道120的出口端EX，而使死体精子或活动性相当低的精子可排放至回收槽150中。在一些实施例中，回收槽150可经由排放流道140而连通于渐扩流道120的出口端EX。在此些实施例中，回收槽150可连通于多个阻流系统微流道140a(如图3所示)。综观精子分选器10的配置，出料槽130a与出料槽130b可位于上游分选槽110与回收槽150之间。此外，在一些实施例中，回收槽150的结构可分为上部与下部。此上部与下部分别形成于上基板UP与下基板BP中，且可彼此组合而形成回收槽150。在一些实施例中，回收槽150为状桶状结构。在此些实施例中，回收槽150的孔径范围为10mm至80mm，且回收槽150的孔径大小可大于上游分选槽110的孔径。然而，所属领域中具有通常知知者可依据实际需求改变回收槽150的形状与尺寸，本发明并不以此为限。此外，在一些实施例中，更可在回收槽150的上部的侧壁上形成多个刻度凹槽R2。多个刻度凹槽R2可沿水平方向延伸，且沿垂直方向排列。借由设置刻度凹槽R2，可助于操作者观察回收槽150内的液面高度。

基于上述，本发明实施例的精子分选器10属于一种被动分选装置，其可利用精子的运动特性来进行分选。具体而言，精子分选器10整合了能够借由精子上游(swim-up)特性分选精子的上游分选槽110以及能够借由精子逆流而上的特性分选精子的渐扩流道120。因此，精子分选器10可针对不同的人工授孕法分选出不同数量以及不同活动性范围的精子。在一些实施例中，渐扩流道120是三维渐扩的流道。也就是说，渐扩流道120在水平方向与垂直方向上均朝向出口端渐扩，而可具有较大的容量。如此一来，可提高精子分选器10每次能处理的精液量。此外，在一些实施例中，借由在精子分选器10的入口处设置过滤结构102，可避免精液样品中的杂质堵塞精子分选器10。

接下来，将参照图1至图4来说明本发明一些实施例的精子分选方法。

首先，提供如图1至图4所示的精子分选器10。接着，将培养液加入至上游分选槽110。在一些实施例中，培养液可包括磷酸盐缓冲生理食盐水溶液(phosphate bufferedsaline，PBS)、F10(Ham's F-10)或其类似者。培养液可流入精子分选器10的各部分中，以进行润湿。在一些实施例中，可加入足够的培养液，以使入料槽100内的培养液的液面实质上接触过滤结构102。随后，可以胶带封住出料槽130a与出料槽130b。

接着，将精液样品由入料槽100加入精子分选器10。精液样品被过滤结构102过滤之后，可依序进入至精子分选器10的上游分选槽110、渐扩流道120、排放流道140与回收槽150。由于此时出料槽130a与出料槽130b的开口被封住，故可阻挡精子由渐扩流道120进入出料槽130a与出料槽130b。如此一来，出料槽130a与出料槽130b的液面高度此时可低于精子分选器10的其他部分(例如是上游分选槽110与回收槽150)中的液面高度。

待出料槽130a与出料槽130b的液面高度低于精子分选器10的其他部分中的液面高度时，将胶带移除，而打开出料槽130a或出料槽130b。举例而言，可待上游分选槽110的液面高度高于出料槽130的液面高度时(例如是高约0.5mm时)，将胶带移除。基于液面高度差，位于渐扩流道120中(例如是位于渐扩流道120的前段120a中)的高活动性精子可流入出料槽130a或出料槽130b。在一些实施例中，可借由调整出料槽的打开时间来控制精子的收集数量。接着，可借由例如是移液管(pipette)的工具将出料槽130a与出料槽130b中的液体取出。由上可知，位于出料槽130a与出料槽130b中的液体应包含培养液与具有高活动性的精子。在一些实施例中，请参照图3，出料槽130a较出料槽130b靠近渐扩流道120的入口端EN，而所收集的精子的活动性可略高于出料槽130b所收集的精子的活动性。在此些实施例中，出料槽130a所收集到的精子的活动性与数量可符合胞浆精子注射的标准。另一方面，出料槽130b所收集到的精子的活动性与数量可符合体外人工授孕的标准。

除此之外，也可自上游分选槽110内的液体的上层部分透过移液管(pipette)取出活体精子。在一些实施例中，在上游分选槽110内液体的上层部分的活体精子的活动性与数量能够符合人工授精的要求。

综上所述，本发明实施例的精子分选器属于一种被动分选装置，其可利用精子的运动特性来进行分选。具体而言，精子分选器整合了能够借由精子上游(swim-up)特性分选精子的上游分选槽以及能够借由精子逆流而上的特性分选精子的渐扩流道。因此，精子分选器可针对不同的人工授孕法分选出不同数量以及不同活动性范围的精子。在一些实施例中，渐扩流道是三维渐扩的流道。也就是说，渐扩流道在水平方向与垂直方向上均朝向出口端渐扩，而可具有较大的容量。如此一来，可提高精子分选器每次能处理的精液量。此外，在一些实施例中，借由在精子分选器的入口处设置过滤结构，可避免精液样品中的杂质堵塞精子分选器。除此之外，本发明实施例的精子分选方法借由控制出料槽的密封与否，而可产生出料槽与精子分选器的其他部分之间的液面高度差。据此，可简单地迫使在渐扩流道中的高活动性精子流入出料槽。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知知者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视以权利要求书所界定者为准。