生物芯片与生殖医学

§1.精子健康评价芯片

生殖健康正成为困扰人类社会的一大问题。据统计,在上世纪的后50年间,男性精液中精子的平均密度每年以1%的速度下降。不孕不育正困扰着10%-15%的家庭。针对临床需求,我们提出了健康精子的筛选标准,并以此开展了相关芯片的设计和制作,除了临床常用的活力指标,更加入化学趋向性和温度趋向性等评价指标。  

图1 精子活力与趋化性评价芯片        图2 精子趋温性评价芯片

        图1 精子活力与趋化性评价芯片                   图2 精子趋温性评价芯片

 

§2.体外受精芯片

我们在微流控芯片上设计了微坑阵列和围栏阵列两种结构,均能集成实现精子活力筛选、卵细胞定位、体外受精、连续换液与早期胚胎培养。

图3 基于微坑阵列的体外受精芯片        图4 基于围栏阵列的体外受精芯片

         图3 基于微坑阵列的体外受精芯片              图4 基于围栏阵列的体外受精芯片

 

§3.受精卵体外培养

为了尽可能的模拟体内的发育状况,我们构建了受精卵与三维体细胞共培养的微型系统,来改善囊胚的培养条件。除此之外,我们构建了具有三维管腔结构的仿生子宫和血管,在体外实现胚胎培养并对此过程中的血管生成过程进行研究。

图5 受精卵与三维培养的卵丘细胞共培养      图6 具备三维管腔结构的仿生微系统

       图5 受精卵与三维培养的卵丘细胞共培养          图6 具备三维管腔结构的仿生微系统

 

 代表论文

    • Liu, W., Chen, W., Liu, R., Ou, Y., Liu, H., Xie, L., Lu, Y., Li, C., Li, B. and Cheng, J. (2015) "Separation of sperm and epithelial cells based on the hydrodynamic effect for forensic analysis" Biomicrofuidics, 9(4):044127.
    • Li, Z., Liu, W., Qiu, T., Xie, L., Chen, W., Liu, R., Lu, Y., Mitchelson, K., Wang, J., Qiao, J. and Cheng, J. (2014) "The construction of an interfacial valve-based microfluidic chip for thermotaxis evaluation of human sperm" Biomicrofluidics, 8(2):024102. 
    • Ma, R., Xie, L., Han, C., Su, K., Qiu, T., Wang, L., Huang, G., Xing, W., Qiao, J., Wang, J. and Cheng, J. (2011) "In vitro fertilization on a single-oocyte positioning system integrated with motile sperm selection and early embryo development" Analytical Chemistry, 83(8): 2964-2970.
    • Han, C., Zhang, Q., Ma, R., Xie, L., Qiu, T., Wang, L., Mitchelson, K., Wang, J., Huang, G., Qiao, J. and Cheng, J. ( 2010) "Integration of single oocyte trapping, in vitro fertilization and embryo culture in a microwell-structured microfluidic device" Lab on a Chip, 10(21): 2848-2854.
    • Xie, L., Ma, R., Han, C., Su, K., Zhang, Q., Qiu, T., Wang, L., Huang, G., Qiao, J., Wang, J. and Cheng, J. ( 2010) "Integration of sperm motility and chemotaxis screening with a microchannel-based device" Clinical Chemistry, 56(8): 1270-1278.