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微流控芯片技术在生殖研究中的进展

微流控芯片技术在生殖研究中的进展

生殖是生物体最基本特征之一,是物种得以延续和进化的保证。近年来,微流控芯片系统得到了迅猛发展,技术也逐渐成熟,具有良好的应用前景。在生殖研究中,微流控技术具有以下优势:微管道的形状和尺寸可以灵活设计,从而更好地模拟生理环境;微流控芯片对样品的消耗量低;微流控技术具有很高的集成性。微流控技术已被应用到精子活力评价与筛选、精子的化学趋向性筛选、卵丘细胞去除、透明带移除、卵细胞定位与筛选、受精过程、早期胚胎培养以及生殖器官模拟等各个方面。该文着重介绍近几年基于微流控技术生殖研究的最新进展,并对其应用前景进行展望。

1.背景介绍

生殖是生物体的最基本特征之一, 是物种得以延续和进化的保证。联合国特别规划署曾在20世纪末提出, 21世纪将成为人类“生殖健康”世纪, 并向全世界人民发出增加对生殖健康问题关注度的号召。我国作为世界上最大的人口大国, 近年来也在逐步增强对生殖问题研究的投入, 特别是在基础研究领域。我国育龄人口不孕不育率已高达15%~20%,不孕夫妇约2 000万, 而且不能生育的夫妻呈年轻化趋势, 就诊年龄最小23岁, 最大40岁。目前, 不孕不育和出生缺陷是生殖领域的重大问题。

微流控技术是20世纪90年代初期随电子和光刻等高技术的发展而诞生的。随着微加工、微电子技术的发展, 微流控芯片系统也得到了迅猛发展, 技术也逐渐成熟, 目前已经由微流控芯片制作的操控阶段向追求合理应用和广大市场需求的生产化阶段转变, 其应用领域包括化学、生物学、物理学、医学等, 其研究对象包括小分子、蛋白质、核酸、细胞、组织、器官和模式生物等, 显示出了强大的发展前景和应用潜力。在生殖生育研究中, 微流控研究刚刚起步, 微流控技术具有以下优势:微管道的形状和尺寸可以灵活设计, 从而更好地模拟生理环境; 微流控芯片对样品的消耗量低, 可减少样品需求量, 适用于临床样本研究; 微流控技术可以集成多个实验步骤,具有很高的集成性。

综上, 微流控技术已被应用到精子活力评价与筛选、精子的化学趋向性筛选、卵丘细胞去除、透明带移除、卵细胞定位与筛选、受精过程、早期胚胎培养以及生殖器官模拟等各个方面。

2. 文章大纲  

微流控技术与精子筛选

1.1 微流控技术与精子活力评价

1.2 微流控技术精子趋化性评价

1.3 微流控技术精子趋温性评价

微流控技术用于卵细胞研究

2.1 微流控技术健康卵细胞筛选

2.2 微流控技术颗粒细胞去除

2.3 微流控技术卵细胞的体外成熟

微流控技术体外受精

微流控技术用于胚胎操作

4.1 微流控技术透明带移除

4.2 微流控技术早期胚胎培养

微流控芯片技术用于生殖微环境与器官构建

5.1 男性生殖微系统构建

5.2 女性生殖微系统构建

    5.2.1 胎盘组织

    5.2.2 子宫微环境

    5.2.3 卵巢微环境

 结论

微生殖技术, 包括微流控芯片和器官芯片, 是通过广泛的基础科学和生物工程技术的结合而形成的。更好、更快、更准确, 更“微观”的技术是各个领域迫切的现实需求, 而微生殖技术在生殖系统研究中才刚刚起步。在未来, 研究人员可以通过整合不同组织(例如生殖系统器官、胎盘)或不同细胞类型(例如配子、肿瘤细胞)、结合生物因子(例如激素和信号分子)、利用分析化验和技术(例如微型摄像头、质谱分析等等)等多因素来研究生殖系统与疾病。微流控技术有望应用在辅助生殖、药物测试和医疗诊断上, 对生殖系统与疾病的研究具有无限潜能。

原文链接:http://www.chrom-china.com/fileup/HTML/sp1901036.htm

石杨, 邵小光*

色谱, 2019, Vol. 37  Issue (9): 925-931

DOI: 10.3724/SP.J.1123.2019.01036

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