牛胚胎呼吸速率测量：新技术助力生命起点的高效筛选

在畜牧业和人类辅助生殖技术中，胚胎的质量评估一直是一个关键问题。目前，胚胎筛选主要依赖形态学观察——即通过显微镜下胚胎的外观特征（如细胞数量、大小均匀度、是否出现碎片等）来判断其发育潜力。然而，这种方法高度依赖操作者的经验，主观性强，不同评估者之间可能得出不同结论，尤其对于中等质量的胚胎难以达成一致。因此，科学家一直在寻找更客观、量化的指标来辅助甚至替代形态学评估。

氧气消耗被认为是反映胚胎整体代谢活性的关键参数。耗氧量高低与细胞的能量代谢状态直接相关，而能量代谢又是胚胎能否正常发育的核心。早在20世纪，研究者就尝试过多种方法测量胚胎耗氧，包括使用 Cartesian diver 技术、光谱法、扫描电化学显微镜等，但这些方法要么操作复杂、耗时长，要么需要破坏胚胎结构，无法应用于实际筛选。直到本文介绍的微传感器系统出现，才真正实现了对单个胚胎的快速、非侵入性且高精度的耗氧量测量。这项技术不仅有助于提升牛胚胎的筛选效率，降低畜牧业的繁殖成本，也为人类辅助生殖中的优质胚胎选择提供了潜在工具，具有重要的科研与实用价值。

亮点解读

1. 非侵入性且高效率：
   使用Unisense微呼吸测定系统，可在不损伤胚胎的情况下，8分钟内完成单个胚胎的耗氧量测量，极大缩短了检测时间，并保障胚胎后续可继续发育或移植。

2. 耗氧量与发育阶段、质量正相关：
   研究发现，第7天胚胎的平均耗氧率（1.30 nl/h）是第3天胚胎（0.38 nl/h）的3.4倍。进一步地，高质量（Quality 1）的胚胎耗氧率显著高于低质量胚胎，说明代谢活性是衡量胚胎发育潜力的重要指标。

3. 胚胎直径与耗氧量相关，性别无关：
   耗氧率随胚胎直径增大而升高，但同一发育阶段内，雄性胚胎与雌性胚胎的耗氧量无显著差异。

4. 系统稳定，结果可靠：
   同一胚胎两次测量结果高度一致（R2 = 0.97），系统本身的误差极小，验证了该方法的准确性与可重复性。

Unisense微呼吸系统实验方法操作流程

本研究采用丹麦Unisense公司开发的纳米呼吸测定系统（nanorespirometer system），其主要由微氧传感器、马达驱动的微操纵器、高灵敏度电流计及专用玻璃毛细管组成的“玫瑰式”测量单元构成。

操作步骤如下：

1. 传感器校准：
   微氧传感器在使用前需极化2小时，并使用抗坏血酸钠（0% O?）和培养液（19% O?）进行两点校准，以确保读数准确。

2. 胚胎装载：
   将单个胚胎装入内径0.68 mm的玻璃毛细管底部，每支毛细管容量仅1.1 μl。一套“玫瑰式”测量盘可同时容纳7个样本，其中一管留空作为对照。

3. 呼吸速率测量：
   将装载好的测量盘浸入恒温（38.5°C）、持续通有5% CO?和19% O?的培养液中，静置约1小时，待胚胎耗氧形成稳定的氧气浓度梯度后，开始测量。

4. 梯度检测与计算：
   通过微传感器每隔200 μm测量毛细管中的氧气浓度，绘制梯度曲线（见图1）。根据菲克第一扩散定律，结合介质的扩散系数，计算胚胎的耗氧率。

相关图像与说明：

总结与展望

本研究成功验证了Unisense高分辨率微传感器系统在胚胎耗氧量测量中的适用性。该系统具备快速、灵敏、非侵入性的特点，可在极短时间内提供客观的代谢数据，弥补了传统形态学评估的主观性和不一致性问题。

• 技术优势明显
  ：相较于以往方法，该设备操作更简便、结果更稳定，适合推广至胚胎移植实践和科研用途。
• 代谢与形态结合是趋势
  ：尽管耗氧量整体与胚胎质量正相关，但同一形态等级内个体差异仍较大。未来若能结合形态观察与呼吸速率双指标，可进一步提高优质胚胎的筛选准确率。
• 应用前景广阔
  ：该技术不仅可用于牛、马等大家畜的繁殖管理，也可能为人类辅助生殖中的胚胎评估提供新工具，降低多胎妊娠风险，提高活产率。

这项研究为生命早期发育的代谢监测奠定了方法基础，也为实现更精准的胚胎筛选提供了切实可行的技术路径。

注：文中图像来源于论文原文，设备样式仅供参考，实际应用可能因型号不同存在差异。

丹麦Unisense微电极可穿刺水体、动物组织、生物膜、颗粒污泥、植物根茎叶、液体-固体扩散边界层，研究微区、微生态的研究系统，微电极穿刺系统可穿刺检测动植物组织器官/沉积物/水/土壤/底泥/生物膜/颗粒污泥等不同深度的nM级O₂、NO、N₂O、H₂S、H₂、pH、氧化还原电位、温度等指标变化。unisense微电极尖端最细可达几微米，不破坏被测点微环境，无损伤。