數位微流體電濕潤晶片系統於生殖醫學之創新研究與應用

人工協助生殖歷經了近三十年的發展，可以說在階段性上均有非常長足的進步，從早期是以體外受精及胚胎植入，到近年來則進一步應用於基因診斷及再生醫學。傳統之試管嬰兒是將人類卵子與經過處理後之活動精蟲於培養皿進行體外受精、胚胎培養與發育，再植回受術者子宮內以達到受孕之目的。但在人類體內之受孕過程，則是成熟之卵子於輸卵管內歷經受精、胚胎發育、移行至子宮腔著床，呈現是一微流體動態過程，因此人類受孕過程是一典型之微流體生物學機轉。微流體晶片系統是要將小至微升至皮升體積的流體，導入佈滿毛細管道(連續型)或載體(非連續型)的晶片中，以外在能源驅動讓微流體在微管道中執行混合、分離、過濾、培養、檢測反應等實驗室可應用的各種流程，這樣之概念若與生殖醫學相結合，藉由跨領域團隊之努力，將具生殖醫學前瞻性發展與臨床應用之潛力。因此利用微流體培養系統的概念來體外培養胚胎，乃是利用微流體營造一三度空間供胚胎作微流體動態式的培養，以取代現有固定式之培養環境。更可以將此一培養系統積體化整合在同一介面，使其具有增加細胞培養速度、提高培養基敏感度、減少重覆工作等優點。傳統上，微流體樣本是直接經由驅動源驅動後，即透過不同功能的元件來達成微流體的傳輸或改變，目前進一步可以以「數位微流體操控技術」，以微米粒徑以下的液滴所進行的液體控制行為，進行微流體培養系統之改良;而達成微流體數位化與控制的重要媒介，就是應用到所謂的電濕潤的技術。以微機電技術製作微電極與絕緣層，然後外加一定微電壓後，即能改變液滴與接觸表面的親、疏水特性，來驅動液滴行進。若改以行列方式設計電極鋪陳形成二維平面，便可以省略傳統流道的拘束，透過即時或任務規劃之路徑規劃來控制。因此若將胚胎培養系統與電濕潤法之數位流體晶片系統相結合，使精卵受精至胚胎發育之過程，模擬體內動態培養之環境，應可以提升生殖醫學體外胚胎培養之進步。為了進一步發展此一數位微流體操控胚胎培養系統，並提供未來實際應用於臨床生殖醫學治療之可行性，本計劃擬於未來三年內進行下列幾個創新性研究：1. 藉由醫學與微機電學跨領域合作研究，開發應用於生殖醫學之數位微流體晶片系統，涵蓋雄性學與微流體體外胚胎培養系統。2. 以微流體晶片分離小鼠活動精蟲，並分析活動精蟲量之分離比率與在精蟲品質之改善，以應用於數位微流體晶片系統。3. 建構結合電濕潤數位微流體晶片系統、控制電路與人機介面與傳統胚胎箱之胚胎培養環境之實驗平台軟硬體之整合。4. 利用電濕潤法驅動之數位微流體晶片系統，測試培養基微液滴培養基、培養基微液滴含蓋油、培養基微液滴含活動精蟲、培養基微液滴含卵子等不同胚胎培養條件，在電濕潤驅動之數位微流體晶片系統中基本功能之運作。5. 進一步測試培養基微液滴含活動精蟲與培養基微液滴含卵子，在數位微流體晶片系統驅動與混合環境下，進行受精與胚胎分裂與發育之情形，並與傳統體外受精胚胎培養之對照組相比較其在受精胚胎細胞分裂與囊胚形成等體外受精協助生殖參數之差異。6. 進一步整合微流體晶片精蟲分離系統與電濕潤數位微流體晶片系統。

系統編號:PC10001-0093
原計畫編號:NSC98-2314-B182A-106-MY3