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黑科技--微流控技术治疗男人不育!

作者:David Sinton

现代生活紧张、工作压力大,加上环境、食物等污染的影响,男人精子活力降低,不孕症已经成为了一个日益严重的全球性健康问题,具有深远的社会经济影响。男性生育率的下降的趋势,迫切需要低成本的诊断和治疗方法。

辅助生殖技术治疗男性不育症是有效的,但他们的成功率一直稳定在 每疗程33%左右。

随着技术的进步,一种新兴的高科技开始应用于诊断和治疗男性不育方面。这就是微流控技术。


什么是微流控技术?


微流控(Microfluidics)指的是使用微管道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体(体积为纳升到阿升)的系统所涉及的科学和技术,是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。因为具有微型化、集成化等特征,微流控装置通常被称为微流控芯片,也被称为芯片实验室(Lab on a Chip)和微全分析系统(micro-Total Analytical System)。

微流控的方法可以提高我们对精子运动的基本理解,利用微细加工和精子行为开发的微流控设备可以帮助精液分析和精子选择。

对于工程师、生物学家和临床医生来说,改善不孕症诊断和治疗有着巨大的潜力。

希望在不久的将来,这些高科技产品能走出实验室,进入临床,为广大患者造福。


应用微流控技术治疗男性不育症的原理


下图,介绍了微流控技术在男性不育方面应用原理。

粘度和摆尾调节精子的运动

应用微流控技术治疗男性不育症的原理:调节精子的运动

A. 精子在低粘度介质中游行,粘度为1 mPa s

B. 精子在高粘度介质中游行,粘度为4000 mPa s

右边显示:灰色是精子鞭毛的轮廓,绿色是游行的轨迹。


应用微流控技术治疗男性不育症的原理:精子运动轨迹


C. 人类和小鼠精子表现出积极的逆流摆尾游泳。

应用微流控技术治疗男性不育症的原理:精子的运动

D. 由20μm×20μm的微型槽(Da)构成的微流控平台,模仿牛宫颈的生物物理环境(Db)。


精子游动的轨迹

50个精子的游动轨迹

E 在平坦的表面

F 在槽内缺乏流动的情况下,指引槽内的精子朝指定方向持续前进。

G. 98%的牛精子逆流而上。

H.   同样多百分比的胚胎三毛滴虫被冲走。所有的游泳轨迹从(0,0)开始,在黑点处结束。


精子在流动逆转时的游动轨迹

I. 细线显示精子在流动逆转时的游动轨迹,粗线显示左转弯和右转弯单元的平均轨迹。每条轨迹的初始位置都是叠加在t = 0 s


精子在流动逆转时的游动概率分布

J. 中段弯角δ,与转向行为密切相关。概率分布函数(PDF)表明,右转弯单元具有非零弯曲角。

K. 逆时针滚动的鞭毛波导致左转弯的偏好(红色精子);然而,对于一个右转弯的精子(蓝色),由于倾斜头部水翼效应,滚动效果被一个强大的转力矩抵消,



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参考文献

Microfluidics for sperm analysis and selection, Nature 201711

Reza Nosrati,Percival J. Graham,Biao Zhang,Jason Riordon,Alexander Lagunov,Thomas G. Hannam,Carlos Escobedo,Keith Jarvi& David Sinton



文章分类: 科技最前线
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