據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）估計，全球約有7000萬對夫婦面臨不孕癥問題，其中有大約一半的問題歸因于男性不育癥。這種情況可能是由先天缺陷、后天易感性或多種因素共同導致的。例如，營養(yǎng)缺乏、生活壓力、慢性炎癥和暴露在具有特定毒素的環(huán)境中都會降低精子的數(shù)量和質(zhì)量。幸運的是，在大多數(shù)情況下，許多輔助生殖技術（ARTs）可以顯著提高受孕的幾率。然而，無論采用哪種輔助生殖技術，分選高質(zhì)量精子可能是最終影響體外受精（IVF）或卵胞漿內(nèi)單精子注射（ICSI）成功率的最關鍵步驟之一。

自然受孕（體內(nèi)）和體外受精/卵胞漿內(nèi)單精子注射過程（體外）之間存在一些差異。在體內(nèi)，精子在整個受精過程中都不會離開身體。人類精子必須游動很長一段距離（2 ~ 6厘米），克服許多障礙才能到達卵母細胞。雖然經(jīng)過“長途跋涉”，精子的數(shù)量會大大減少，只有少數(shù)具有漸進式運動能力的精子能夠到達卵母細胞，但經(jīng)過“長途跋涉”的歷練，最終精子的質(zhì)量是非常合格的。

體外受精過程也需要精子預分選步驟來提高受精率。為了達到這一目的，兩種傳統(tǒng)的精子分選方法，游動法和密度梯度離心法，在大多數(shù)醫(yī)院被廣泛使用。這兩種方法在臨床上已經(jīng)應用了幾十年。迄今為止，游動法由于精子回收率較低而受到限制，而基于離心的密度梯度分選法并不能夠完全令人滿意，并且已經(jīng)被證明會在精子分選過程中產(chǎn)生更高比例的DNA碎片。受精的成功不能僅僅歸功于注入雌性體內(nèi)的有活力的、形態(tài)正常的精子的絕對數(shù)量，而更重要的是它們的功能性。因此，亟需開發(fā)出低危害和高質(zhì)量的精子分選新方法。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，來自臺灣陽明交通大學與臺灣艾微芙國際生殖醫(yī)學中心的研究人員基于流變性表征開發(fā)了一種漸進式精子分選芯片（PSSC），該漸進式精子分選芯片將仿生微流控芯片與穩(wěn)定的重力驅(qū)動流相結(jié)合，用于更高質(zhì)量的運動精子分選（圖1）。與傳統(tǒng)的精子處理技術相比，利用該漸進式精子分選芯片分選出的精子顯示出更好的游動參數(shù)，更健康的精子形態(tài)和更高比例的DNA完整性。相關研究成果以“Design of a gradient-rheotaxis microfluidic chip for sorting of high-quality Sperm with progressive motility”為題，發(fā)表在iScience期刊上。

該漸進式精子分選芯片由8個深度為100 μm的捕獲通道組成。研究人員在每個捕獲通道中都設計了三角形擴展結(jié)構(gòu)，從而形成窄入口和寬出口。因此，該芯片的初始區(qū)域流速較快，末端區(qū)域流速逐漸減小。為了優(yōu)化捕獲區(qū)域的三角形擴展結(jié)構(gòu)的角度，實現(xiàn)精子的漸進式分選，研究人員對具有不同三角形擴展結(jié)構(gòu)角度的捕獲通道進行了測試和總結(jié)。考慮到高通量和觀察便利性的需要，研究人員最終確定捕獲通道中三角形擴展結(jié)構(gòu)的最佳角度為40° ~ 50°。

圖1 漸進式精子分選芯片（PSSC）的結(jié)構(gòu)和工作流程示意圖

該漸進式精子分選芯片的工作原理是在精子的生理范圍內(nèi)增加流速，從而使得精子在游動中產(chǎn)生方向性，并且提高分選過程的效率。大多數(shù)傳統(tǒng)的基于流變的精子分選器件只能用于分析微流控芯片上的精子運動參數(shù)，而不能將精子從芯片上去除。此外，一些微流控芯片被設計成從廢液出口收集運動精子。然而，微流控通道表面往往會粘上死亡的精子和其它細胞碎片，因此，如果分選后的精子樣品從廢液出口進行收集會影響其純度。所以，該研究中設計的微流控芯片從前端回收分選后的精子樣品，以提高其純度。

實驗結(jié)果表明，利用該漸進式精子分選芯片分選獲得的精子的直線速度（大于25 μm/s）和線性度（平均大于0.9）都有了很大的提高。此外，該漸進式精子分選芯片分選獲得的精子中有超過97%是具有漸進式運動能力的精子，而傳統(tǒng)的游動法和梯度密度法的這一比例分別只有38%和22%。而與未經(jīng)處理的精子相比，使用該漸進式精子分選芯片分選獲得的精子中未發(fā)現(xiàn)異常精子。此外，分選獲得的精子中出現(xiàn)DNA碎片的比例較低（< 5%）。同時，分選時間可縮短至5分鐘，并且整個過程不使用任何標記和外源性化學品。

圖2 不同精子分選方法的分選效率及其分選獲得的精子的直線速度和線性度的比較

圖3 各種分選方法獲得的精子形態(tài)與DNA損傷的比較

總體而言，與其它傳統(tǒng)的分選方法相比，該梯度流變微流控芯片能夠特異性地選擇出具有漸進式運動能力的優(yōu)質(zhì)精子，在不久的將來可能會在臨床上應用于不孕癥的治療。

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