一种精液优化及体外受精一体化装置

1.本发明涉及体外受精领域，具体涉及一种精液优化及体外受精一体化装置。


背景技术：

2.精子优选技术中较为成熟的方法以上游法(swim-up，sup)及密度梯度离心法(density gradient centrifugation，dgc)为主。sup法原理主要是依靠精子自身运动，通过在精液上加入密度较低的介质，通过精子自发向上移动实现对精液的处理及分离，报道称，上游法能够得到高质量、具有完整顶体区域的椭圆形精子，其获得精子存活率高于其他方法，但精子回收率较低，能够筛除染色体异常及不成熟精子，但不能提高完整顶体精子比例。dgc法原理则是根据不同活力及密度精子穿透密度梯度界值速度不同，对精子形态能够进行有效区分，离心后精液各种成分在密度梯度溶液中达到自身平衡，从而根据密度不同分析精子，对抗精子抗体阳性、精浆黏度较大、液化不良的患者具有较高的筛除效率，能够提高精子的回收率，但精子存活率较低；同时，离心过程中易产生ros从而导致精子dna碎片率(dfi)较高。已证实，含有dna碎片的精子仍具有使卵子受精的能力，但会导致流产率增加。
3.传统的体外受精过程中受精环境处于静置状态，营养物质不能够进行即时更新，同时大量死亡的精子产生的有害代谢物质更容易使培养基的ph值、离子和气体浓度不稳定从而损害受精过程进一步损伤胚胎发育。
4.现有体外受精的装置将优化后的精液和卵母细胞置入同一培养环境进行受精。这种方式存在如下问题：第一，优化后的精液依然存在数量庞大的精子直接进行受精，欠缺对精子的进一步筛选过程。第二，培养液中的营养物质不能够即时更新，不利于维持最佳的受精微环境。第三，不能进行受精的精子出现大量死亡，死亡的精子产生的有害代谢物质更容易使培养基的ph值、离子和气体浓度不稳定，从而损害受精过程进一步损伤胚胎发育。目前这种方式不利于受精及胚胎的发育。
5.综上所述，亟需一种能优化受精环境提高受精率同时改善胚胎发育环境的培养装置。


技术实现要素：

6.为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种精液优化及体外受精一体化装置，其可以解决目前精液优化及体外受精过程中存在的影响受精及胚胎发育的问题。
7.本发明通过以下的技术方案来实现：
8.一种精液优化及体外受精一体化装置，包括：皿体，自上而下包括：上层加液层、中层受精层以及下层回收层；用于往中层受精层内持续渗透培养液的培养液滤膜，设于所述上层加液层与所述中层受精层之间，所述上层加液层与所述中层受精层之间通过所述培养液滤膜相连通；所述中层受精层的边缘位置处具有连通于所述下层回收层的空隙，供中层回收层内在受精过程中产生的代谢产物及未进行受精的精子通过并流入至所述下层回收
层；精液分选槽，设于所述培养液滤膜下方，所述精液分选槽内设有用于筛选精子的微孔透膜，所述微孔透膜水平穿设于所述精液分选槽的内部，以将所述精液分选槽分隔为：位于下层回收层部分的精液原液槽、位于中层受精层部分的优化后精液槽；所述中层受精层内还设有：若干条供优化后精液通过的微管道以及用于存放卵细胞的受精槽；所述微管道的一端连通于所述优化后精液槽，另一端连通于所述受精槽。
9.进一步地，所述精液优化及体外受精一体化装置还包括：精液进样孔；所述精液进样孔连通于所述精液原液槽。
10.进一步地，所述精液优化及体外受精一体化装置还包括：精液出样孔；所述精液出样孔连通于所述优化后精液槽，并位于所述微孔透膜上方。
11.进一步地，所述精液优化及体外受精一体化装置还包括：皿盖；所述皿盖适于盖合所述上层加液层的顶部。
12.进一步地，所述微孔透膜为：再生纤维素膜；所述微孔透膜上具有多个微孔，供精液原液从所述精液原液槽内往所述优化后精液槽内流动。
13.进一步地，所述微孔透膜的微孔孔径为8μm。
14.进一步地，所述培养液滤膜为：再生纤维素膜；所述培养液滤膜具有多个微孔，供培养液从所述上层加液层内往所述中层受精层内持续渗透。
15.进一步地，所述培养液滤膜的微孔孔径为0.22μm。
16.进一步地，所述微管道的直径为20μm。
17.进一步地，所述中层受精层边缘位置处的空隙直径为20μm。
18.相比于现有技术，本发明能达到的有益效果为：
19.上层加液层用于添加和储存培养液，培养液透过培养液滤膜往中层受精层内持续渗透，为中层受精层及时补充更新营养物质，更新中层受精层内的受精微环境以保证最佳的受精条件。往精液原液槽内打入待筛选的精液原液，在流体趋化作用下，精液原液上游并通过微孔透膜向上迁移，进入位于中层受精层的优化后精液槽内，实现精液的筛选和优化。经微孔透膜优化后的精液通过各个微管道向周围的受精槽游动，通过狭长的微管道后的精子寻找到受精槽内的卵母细胞并与之结合。微管道对优化后精液实现了进一步的筛选，确保受精的精子质量更高，在精子优化及受精的过程中，上层加液层不断为中层受精层添加营养物质，对受精微环境条件进行持续更新。于中层受精层内，代谢后的培养液以及未完成受精的精子透过中层受精层周边的空隙往下自然流动至下层回收层内，下层回收层对其进行接收。
20.(1)本发明采用了分层结构，上、中、下三层结构形成动态的培养体系，能够通过使用目的的不同来进行组合，本发明可以一体化实现精液优化以及体外受精的功能。
21.(2)通过上层加液层为受精环境提供稳定的营养物质，更好地模拟体内动态更新的营养微环境，本装置显著改善了受精微环境，提高体外受精的成功率及胚胎的发育潜能，改善胚胎的发育情况，进而提高患者妊娠率。
22.(3)通过设置微孔透膜，利用微流控原理以优化精液。通过实验结果证实，微孔透膜优选后的精子有更高的正常形态比例、更高的核成熟比例。且该过程无需离心操作简单，最大程度上避免了离心过程中ros的产生，降低dna碎片率，从而提高胚胎发育潜能，降低流产率。
23.(4)中层受精层设计有微管道能够对优化处理后的精液进行进一步筛选，同时避免了大量精子与卵母细胞的接触，减少多精受精情况的发生。
24.(5)本发明形成至上而下流动的三层结构，形成了动态的受精微环境，使得受精环境始终处于相对稳定状态，更好地模拟了体内动态更新的微环境，有利于受精和胚胎发育。相比于传统的静态培养装置，本装置能够使受精和早期胚胎发育环境进行即时的动态更新，更好的模拟了体内微环境，提高了受精率及胚胎发育潜能。
25.(6)本装置还可以用于开展动物实验研究，例如，在动物实验中通过干预上层物质，改变营养物质组分，进而观察对体外受精及胚胎发育的影响，极大的方便了动物研究的开展。
附图说明
26.图1所示为本发明的内部结构示意图；
27.图2所示为上层加液层的俯视图；
28.图3所示为中层受精层的俯视图(图1中a-a处的剖切图)；
29.图4所示为下层回收层的俯视图；
30.图5所示为精液进样口、精液出样口与精液原液槽的连接关系示意图。
31.图中：10、皿体；11、上层加液层；12、中层受精层；121、空隙；13、下层回收层；20、培养液滤膜；30、微孔透膜；40、精液分选槽；41、精液原液槽；42、优化后精液槽；50、微管道；60、受精槽；70、精液进样孔；80、精液出样孔；90、皿盖。
具体实施方式
32.下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
33.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
34.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
35.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.本发明公开了一种精液优化及体外受精一体化装置，用于对精液原液作筛选并一
体化地完成体外受精，参阅图1-图4，其包括以下部分：
37.皿体10，作为装置的主体部分，为自上而下的分层结构，参阅图1，包括：上层加液层11、中层受精层12以及下层回收层13，三层结构均可拆卸并按需组装。其中，上层加液层11内用于添加和容置培养液(受精液)，培养液内具有体外受精环境所需的多种营养物质。中层受精层12用于提供体外受精环境。下层回收层13用于回收中层回收层内受精过程中所产生的代谢产物(代谢过的培养液)及未发生受精的精子。
38.上层加液层11和中层受精层12之间设有培养液滤膜20，上层加液层11与中层受精层12通过培养液滤膜20相连通，见图1-图2。上层加液层11内的培养液通过该培养液滤膜20持续渗透到中层受精层12内，为中层受精层12提供稳定的营养物质，模拟体内动态更新的营养微环境。具体地说，培养液滤膜20上具有多个约0.22μm的微孔，培养液通过这些微孔持续流入到中层受精层12内。
39.中层受精层12的边缘位置处具有连通于下层回收层13的空隙121。上层加液层11往中层受精层12内持续添加培养液，在中层受精层12内发生受精过程，中间所产生的代谢产物(代谢过的培养液)、未完成受精的精子等作为液废通过空隙121流入到下层回收层13内进行回收，见图1和图3。
40.参阅图1，精液分选槽40作为独立的精子筛选区，设于培养液滤膜20的下方，其顶端具有敞口，使上层渗透的培养液可以进入到槽内。精液分选槽40整体同时置于中层受精层12和下层回收层13内，精液分选槽40的内部设有一张微孔透膜30，微孔透膜30用于对精液原液作筛分优选，具体地说，微孔透膜30上具有多个孔径约8μm的微孔，精液在流动通过这些微孔的过程中，可实现精子细胞的筛选和优化。上述的微孔透膜30水平穿过精液分选槽40，以将精液分选槽40分隔为相连通的两部分，分别为位于下层回收层13部分的精液原液槽41以及位于中层受精层12部分的优化后精液槽42。操作时，将精液原液打入精液原液槽41内，在流体趋化作用下，精液原液上游并通过微孔透膜30向上迁移，进入位于中层受精层12的优化后精液槽42内，在精液透过微孔透膜30的过程中，实现了精液的筛选和优化。
41.在通过微孔透膜30之后，优化后精液还会作进一步的筛选。对应地，参阅图1和图3，中层受精层12内还设有：若干条供优化后精液通过的微管道50，以及存放有卵细胞的受精槽60。微管道50的一端连通于优化后精液槽42，另一端连通于受精槽60。通过微孔透膜30筛选之后的优化后精液，其中部分的精子细胞还会穿过各个微管道50，进入到受精槽60内寻找到卵母细胞，并与之结合为受精卵，完成体外受精。微管道50的设置对优化后精液作了进一步的筛选，于优化后精液槽42内，活力更强的精子方能通过直径约为20μm的微管道50进入到受精槽60内，确保了精子细胞的质量。
42.本发明的原理及技术效果如下：
43.往上层加液层11内添加和储存培养液，培养液透过培养液滤膜20往中层受精层12内持续渗透，为中层受精层12及时补充更新营养物质，更新中层受精层12内的受精微环境以保证最佳的受精条件。操作人员往精液原液槽41内打入待筛选的精液原液，在流体趋化作用下，精液原液上游并通过微孔透膜30向上迁移，进入位于中层受精层12的优化后精液槽42内，实现精液的筛选和优化。经微孔透膜30优化后的精液通过各个直径约20μm的中空微管道50向周围的受精槽60游动，通过狭长的微管道50后的精子找到受精槽60内的卵母细胞并与之结合。微管道50对优化后精液实现了进一步的筛选，确保受精的精子质量更高，在
精子优化及受精的过程中，上层加液层11不断为中层受精层12添加营养物质，对受精微环境条件进行持续更新。于中层受精层12内，代谢后的培养液以及未完成受精的精子通过中层受精层12周边的约20μm的空隙121往下自然流动至下层回收层13内，下层回收层13对其进行接收。该空隙121同时阻止了直径约100μm的卵母细胞、受精卵通过，确保卵母细胞和受精卵始终处于中层受精层12内。
44.(1)本发明采用了分层结构，上、中、下三层结构形成动态的培养体系，能够通过使用目的的不同来进行组合，本发明可以一体化实现精液优化以及体外受精的功能。
45.(2)通过上层加液层11为受精环境提供稳定的营养物质，更好地模拟体内动态更新的营养微环境，本装置显著改善了受精微环境，提高体外受精的成功率及胚胎的发育潜能，改善胚胎的发育情况，进而提高患者妊娠率。
46.(3)通过设置微孔透膜30，利用微流控原理以优化精液。通过实验结果证实，微孔透膜30优选后的精子有更高的正常形态比例、更高的核成熟比例。且该过程无需离心操作简单，最大程度上避免了离心过程中ros的产生，降低dna碎片率，从而提高胚胎发育潜能，降低流产率。
47.(4)中层受精层12设计有微管道50能够对优化处理后的精液进行进一步筛选，同时避免了大量精子与卵母细胞的接触，减少多精受精情况的发生。
48.(5)本发明形成至上而下流动的三层结构，形成了动态的受精微环境，使得受精环境始终处于相对稳定状态，更好地模拟了体内动态更新的微环境，有利于受精和胚胎发育。相比于传统的静态培养装置，本装置能够使受精和早期胚胎发育环境进行即时的动态更新，更好的模拟了体内微环境，提高了受精率及胚胎发育潜能。
49.(6)本装置还可以用于开展动物实验研究，例如，在动物实验中通过干预上层物质，改变营养物质组分，进而观察对体外受精及胚胎发育的影响，极大的方便了动物研究的开展。
50.优选地，参阅图5，为了便于将精液原液打入精液原液槽41内，本发明还包括：精液进样孔70；精液进样孔70连通于精液原液槽41。通过精液进样孔70将精液原液打入精液原液槽41内之后，精液原液向上流动并通过微孔透膜30的筛选，从而进入到优化后精液槽42内。
51.优选地，本发明还设置了：精液出样孔80；精液出样孔80直接与优化后精液槽42相连通，并位于微孔透膜30的上方。操作人员可以从精液出样孔80内取出优化后精液，根据使用目的的不同，将其用于转移冷冻或者体外受精，以扩展本发明的用途。
52.为了区分精液进样孔70和精液出样孔80，参阅图5，精液进样孔70设置成单环状结构，精液出样孔80设置为双环状结构，两者均适配于1ml枪头或者注射器。
53.优选地，本发明还包括皿盖90，用于盖合在上层加液层11的顶部，用来保证皿体10中的无菌环境，防止细菌、粉尘等的污染，并可透气以保持湿润。
54.优选地，微孔透膜30的材质采用再生纤维素(gvs)，再生纤维素膜是亲水性高强度介质，具有广泛的溶剂兼容性，该膜介质可以通过所有常用方法进行灭菌，保持机械稳定性。其优异的强度确保了高耐化学性，适用于各种水性和有机介质，具有亲水性、优良的化学相容性和耐有机溶剂、优越的热阻、高机械强度等优点。
55.优选地，培养皿透膜的材质也同样采用再生纤维素。
56.优选地，皿体10主材质为原生结晶聚苯乙烯制成，经过usp vi级细胞毒性测试，是卵母细胞制备以及受精、培养和转移的理想之选。其具有如下特性：有助于提升光学清晰度、温度稳定性。皿体10底部呈凸起以防止磨损。
57.上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

技术特征：
1.一种精液优化及体外受精一体化装置，其特征在于，包括：皿体，自上而下包括：上层加液层、中层受精层以及下层回收层；用于往中层受精层内持续渗透培养液的培养液滤膜，设于所述上层加液层与所述中层受精层之间，所述上层加液层与所述中层受精层之间通过所述培养液滤膜相连通；所述中层受精层的边缘位置处具有连通于所述下层回收层的空隙，供中层回收层内在受精过程中产生的代谢产物及未进行受精的精子通过并流入至所述下层回收层；精液分选槽，设于所述培养液滤膜下方，所述精液分选槽内设有用于筛选精子的微孔透膜，所述微孔透膜水平穿设于所述精液分选槽的内部，以将所述精液分选槽分隔为：位于下层回收层部分的精液原液槽、位于中层受精层部分的优化后精液槽；所述中层受精层内还设有：若干条供优化后精液通过的微管道以及用于存放卵细胞的受精槽；所述微管道的一端连通于所述优化后精液槽，另一端连通于所述受精槽。2.如权利要求1所述的精液优化及体外受精一体化装置，其特征在于，所述精液优化及体外受精一体化装置还包括：精液进样孔；所述精液进样孔连通于所述精液原液槽。3.如权利要求1所述的精液优化及体外受精一体化装置，其特征在于，所述精液优化及体外受精一体化装置还包括：精液出样孔；所述精液出样孔连通于所述优化后精液槽，并位于所述微孔透膜上方。4.如权利要求1所述的精液优化及体外受精一体化装置，其特征在于，所述精液优化及体外受精一体化装置还包括：皿盖；所述皿盖适于盖合所述上层加液层的顶部。5.如权利要求1所述的精液优化及体外受精一体化装置，其特征在于，所述微孔透膜为：再生纤维素膜；所述微孔透膜上具有多个微孔，供精液原液从所述精液原液槽内往所述优化后精液槽内流动。6.如权利要求5所述的精液优化及体外受精一体化装置，其特征在于，所述微孔透膜的微孔孔径为8μm。7.如权利要求1所述的精液优化及体外受精一体化装置，其特征在于，所述培养液滤膜为：再生纤维素膜；所述培养液滤膜具有多个微孔，供培养液从所述上层加液层内往所述中层受精层内持续渗透。8.如权利要求7所述的精液优化及体外受精一体化装置，其特征在于，所述培养液滤膜的微孔孔径为0.22μm。9.如权利要求1所述的精液优化及体外受精一体化装置，其特征在于，所述微管道的直径为20μm。10.如权利要求1所述的精液优化及体外受精一体化装置，其特征在于，所述中层受精层边缘位置处的空隙直径为20μm。

技术总结
本发明公开了一种精液优化及体外受精一体化装置，包括：上层加液层、中层受精层、下层回收层、培养液滤膜、微孔透膜、精液分选槽、若干条微管道以及用于存放卵细胞的受精槽。本发明一体化地实现了精液优化以及体外受精的功能，上、中、下三层结构形成动态的培养体系，更好地模拟了体内动态更新的营养微环境，显著改善了受精微环境，提高体外受精的成功率及胚胎的发育潜能，改善胚胎的发育情况，进而提高患者妊娠率。者妊娠率。者妊娠率。


技术研发人员：胡蓉 高金梅
受保护的技术使用者：宁夏医科大学总医院
技术研发日：2023.04.21
技术公布日：2023/7/20