جداسازی اسپرم‌های سالم از ناسالم با ترکیب دو پدیده‌ی دی الکتروفورز و تیگموتاکسی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 گروه زیست‌فناوری جانوری، پژوهشکده زیست‌فناوری، جهاد دانشگاهی، مرکز تحقیقات پزشکی تولیدمثل، پژوهشگاه رویان، اصفهان، ایران

3 عضو هیئت علمی/ دانشگاه تربیت مدرس

4 گروه زیست‌فناوری جانوری، پژوهشکده زیست‌فناوری، جهاد دانشگاهی، مرکز تحقیقات پزشکی تولیدمثل، پژوهشگاه رویان، اصفهان، ایران.

10.22034/ijme.2024.422437.1870

چکیده

جداسازی اسپرم‌های سالم (متحرک و با بهترین ساختار DNA) به‌طور سنتی با روش‌های سانتریفیوژ شیب چگالی و یا شنا کردن به سمت بالا انجام می‌شود. در سال‌های اخیر، روش‌های مبتنی بر میکرو سیال توسعه پیداکرده و پیش‌بینی می‌شود که در آینده‌ای نه‌چندان دور جایگزین روش‌های سنتی شود. سیستم‌های میکرو سیال نیاز به حجم نمونه کمتری داشته، که ضمن خلوص بالاتر، دارای مزایایی از قبیل کاهش هزینه و کاهش زمان آزمایش است. در این تحقیق از ترکیب پدیده‌ی تیگموتاکسی که در آن اسپر‌م‌ها دیواره را دنبال می‌کنند با پدیده‌ی دی‌الکتروفورز مثبت که از میدان الکتریکی غیریکنواخت برای به دام انداختن ذرات استفاده می‌کند، یک عملگر میکروفلوئیدیک برای جدا کردن اسپرم‌های با تحرک بالا از اسپرم‌های با تحرک کمتر ارائه گردید. در این عملگر تعداد زیادی میکروکانال موازی تعبیه‌شده و اسپرم‌هایی که تحرک دارند، دیواره‌های این کانال‌ها را گرفته و به سمت انتهای آن‌ها حرکت می‌کنند. در طول مسیر، با اعمال میدان الکتریکی متناوب در فرکانس 1 مگاهرتز و ولتاژ 3 ولت، نیروی دی‌الکتروفورز مثبت اعمال‌شده و اسپرم‌های با تحرک کم را به دام انداخته اما اسپرم‌های با تحرک بالا توانایی فرار از میدان الکتریکی را داشته و خود را به قسمت خروجی کانال می‌رسانند. به‌منظور بررسی میدان الکتریکی و بررسی جریان سیال در سیستم طراحی‌شده، از نرم‌افزار کامسول استفاده گردید. بر مبنای طراحی و شبیه‌سازی انجام‌شده عملگر جداسازی اسپرم‌ها ساخته شد. نتایج آزمایش‌های بالینی نشان داد، تحرک اسپرم‌های خروجی سیستم طراحی-شده نسبت به ورودی آن از 54% به 81% و حیات اسپرم‌ها نیز از 56% به 75%، افزایش‌ یافت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Separation of healthy sperms using dielectrophoresis and thigmotaxis phenomena

نویسندگان [English]

  • Alireza Khouzestani 1
  • Mohammad Hossein Nasr-Esfahani 2
  • Yousef Hojjat 3
  • Marziyeh Tavalaee 4
  • Hesam Sadeghian 1
1 mechanical Engineering Department, Tarbiat modares university
2 Department of Animal Biotechnology, Reproductive Biomedicine Research Center, Royan Institute for Biotechnology, ACECR, Isfahan, Iran
3 Faculty Member, Tarbiat Modares University
4 Department of Animal Biotechnology, Reproductive Biomedicine Research Center, Royan Institute for Biotechnology, ACECR, Isfahan, Iran
چکیده [English]

Separation of healthy sperm (motile and with the best DNA structure) is traditionally done by density gradient centrifugation or upward swimming methods. In recent years, microfluidic methods have been developed to separate motile sperm with the best morphology and DNA structure and will replace traditional methods in close future. Microfluidic systems require a smaller sample volume, which, in addition to higher purity, has advantages such as cost reduction and test time reduction.. In this research, by using thigmotaxis phenomenon in which sperms follow the channel wall and also positive dielectrophoresis phenomenon in which traps the particles based on applying non uniform electric field, a microfluidic actuator is presented. By using a large number of microchannel parallel to each other, the motile sperm, follow the walls and move to the end of channels. Then, by applying 1 MHz in 3 V, the positive dielectrophoresis force traps the sperms with low motility, but the sperms with high motility have the ability to escape from the electric field and reach the outlet of the channel. In order to check the electric field and also the fluid flow in the channels, Comsol software was used. Based on the design and simulation, the sperm separation actuator was manufactured and tested. The clinical tests results showed that compared to the inlet of the device, the motility was increased from 54% to 81% and the viability was increased from 56% to 75% in the outlet of the manufactured system.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sperm
  • Microfluidic
  • Dielectrophoresis
  • separation
  • Thigmotaxis