Terima kasih telah mengunjungi Nature.com. Versi peramban yang Anda gunakan memiliki dukungan CSS yang terbatas. Untuk pengalaman terbaik, kami sarankan Anda menggunakan peramban yang lebih baru (atau menonaktifkan Mode Kompatibilitas di Internet Explorer). Sementara itu, untuk memastikan dukungan berkelanjutan, kami akan menampilkan situs tanpa gaya dan JavaScript.
Kesuburan burung bergantung pada kemampuan mereka untuk menyimpan cukup sperma yang layak dalam jangka waktu lama di tubulus penyimpanan sperma (SST). Mekanisme pasti bagaimana spermatozoa masuk, menetap, dan meninggalkan SST masih kontroversial. Sperma ayam sharkasi menunjukkan kecenderungan tinggi untuk aglutinasi, membentuk berkas filamen bergerak yang mengandung banyak sel. Karena kesulitan mengamati motilitas dan perilaku spermatozoa di tuba fallopi yang buram, kami menggunakan perangkat mikrofluida dengan penampang mikrokanal yang mirip dengan spermatozoa untuk mempelajari aglutinasi dan motilitas spermatozoa. Studi ini membahas bagaimana berkas sperma terbentuk, bagaimana mereka bergerak, dan kemungkinan peran mereka dalam memperpanjang masa tinggal sperma di SST. Kami menyelidiki kecepatan sperma dan perilaku reologi ketika aliran fluida dihasilkan di dalam saluran mikrofluida oleh tekanan hidrostatik (laju aliran = 33 µm/s). Spermatozoa cenderung berenang melawan arus (reologi positif) dan kecepatan berkas spermatozoa berkurang secara signifikan dibandingkan dengan spermatozoa tunggal. Berkas sperma diamati bergerak secara spiral dan bertambah panjang serta tebal seiring dengan bertambahnya jumlah sperma tunggal yang bergabung. Bundel sperma diamati mendekati dan menempel pada dinding samping saluran mikrofluida untuk menghindari tersapu oleh kecepatan aliran fluida > 33 µm/s. Bundel sperma diamati mendekati dan menempel pada dinding samping saluran mikrofluida untuk menghindari tersapu oleh kecepatan aliran fluida > 33 µm/s. Selain itu, Anda juga perlu menggunakan dan menggunakan kartu kredit микрофлюидных каналов, чтобы избежать сметания со скоростью потока жидкости> 33 menit / с. Bundel sperma telah diamati mendekati dan menempel pada dinding samping saluran mikrofluida untuk menghindari tersapu pada laju aliran fluida >33 µm/s.kecepatan aliran udara > 33 µm/s 扫过。33 µm/s. Selain itu, Anda juga perlu menggunakan dan menggunakan kartu kredit kartu kredit, layanan yang sangat berguna kecepatan aliran > 33 mm/detik. Bundel sperma telah diamati mendekati dan menempel pada dinding samping saluran mikrofluida untuk menghindari tersapu oleh aliran fluida dengan kecepatan >33 µm/s.Mikroskop elektron pemindaian dan transmisi mengungkapkan bahwa berkas sperma ditopang oleh material padat yang melimpah. Data yang diperoleh menunjukkan mobilitas unik spermatozoa ayam Sharkazi, serta kemampuan spermatozoa untuk menggumpal dan membentuk berkas bergerak, yang berkontribusi pada pemahaman yang lebih baik tentang penyimpanan spermatozoa jangka panjang di SMT.
Untuk mencapai pembuahan pada manusia dan sebagian besar hewan, sperma dan sel telur harus tiba di tempat pembuahan pada waktu yang tepat. Oleh karena itu, perkawinan harus terjadi sebelum atau pada saat ovulasi. Di sisi lain, beberapa mamalia, seperti anjing, serta spesies non-mamalia, seperti serangga, ikan, reptil, dan burung, menyimpan sperma di organ reproduksi mereka untuk jangka waktu yang lama sampai sel telur mereka siap untuk dibuahi (pembuahan asinkron¹). Burung mampu mempertahankan viabilitas spermatozoa yang mampu membuahi sel telur selama 2-10 minggu².
Ini adalah fitur unik yang membedakan burung dari hewan lain, karena memberikan kemungkinan pembuahan yang tinggi setelah satu kali inseminasi selama beberapa minggu tanpa perkawinan dan ovulasi secara bersamaan. Organ penyimpanan sperma utama, yang disebut tubulus penyimpanan sperma (SST), terletak di lipatan mukosa internal pada persimpangan uterovaginal. Hingga saat ini, mekanisme masuk, menetap, dan keluarnya sperma dari bank sperma belum sepenuhnya dipahami. Berdasarkan penelitian sebelumnya, banyak hipotesis telah diajukan, tetapi belum ada yang terkonfirmasi.
Forman4 berhipotesis bahwa spermatozoa mempertahankan keberadaannya di rongga SST melalui gerakan osilasi terus-menerus melawan arah aliran cairan melalui saluran protein yang terletak pada sel epitel SST (reologi). ATP habis karena aktivitas flagela yang konstan yang dibutuhkan untuk menjaga sperma tetap berada di lumen SST dan motilitas akhirnya menurun hingga sperma terbawa keluar dari bank sperma oleh aliran cairan dan memulai perjalanan baru ke bawah tuba fallopi yang naik untuk membuahi sel telur (Forman4). Model penyimpanan sperma ini didukung oleh deteksi imunositokimia aquaporin 2, 3 dan 9 yang ada di sel epitel SST. Hingga saat ini, studi tentang reologi semen ayam dan perannya dalam penyimpanan SST, seleksi sperma vagina, dan kompetisi sperma masih kurang. Pada ayam, sperma memasuki vagina setelah perkawinan alami, tetapi lebih dari 80% spermatozoa dikeluarkan dari vagina segera setelah perkawinan. Ini menunjukkan bahwa vagina adalah tempat utama untuk seleksi sperma pada burung. Selain itu, dilaporkan bahwa kurang dari 1% spermatozoa yang dibuahi di vagina berakhir di SST2. Pada inseminasi buatan anak ayam di vagina, jumlah spermatozoa yang mencapai SST cenderung meningkat 24 jam setelah inseminasi. Sejauh ini, mekanisme seleksi sperma selama proses ini masih belum jelas, dan motilitas sperma mungkin memainkan peran penting dalam penyerapan sperma ke SST. Karena dinding tuba falopi yang tebal dan buram, sulit untuk memantau motilitas sperma secara langsung di tuba falopi burung. Oleh karena itu, kita kekurangan pengetahuan dasar tentang bagaimana spermatozoa bertransisi ke SST setelah pembuahan.
Rheologi baru-baru ini diakui sebagai faktor penting yang mengendalikan transportasi sperma di organ genital mamalia. Berdasarkan kemampuan spermatozoa motil untuk bermigrasi berlawanan arah, Zaferani dkk.8 menggunakan sistem mikrofluida corra untuk mengisolasi spermatozoa motil secara pasif dari sampel semen yang dikumpulkan. Jenis penyortiran semen ini sangat penting untuk pengobatan infertilitas medis dan penelitian klinis, dan lebih disukai daripada metode tradisional yang memakan waktu dan tenaga serta dapat mengganggu morfologi dan integritas struktural sperma. Namun, hingga saat ini, belum ada penelitian yang dilakukan tentang pengaruh sekresi dari organ genital ayam terhadap motilitas sperma.
Terlepas dari mekanisme yang mempertahankan sperma yang tersimpan di SST, banyak peneliti telah mengamati bahwa spermatozoa residen menggumpal kepala-ke-kepala di SST ayam 9, 10, burung puyuh 2, dan kalkun 11 untuk membentuk bundel sperma yang menggumpal. Para penulis menyarankan bahwa ada hubungan antara penggumpalan ini dan penyimpanan spermatozoa jangka panjang di SST.
Tingari dan Lake12 melaporkan adanya hubungan yang kuat antara spermatozoa di kelenjar penerima sperma ayam dan mempertanyakan apakah spermatozoa unggas menggumpal dengan cara yang sama seperti spermatozoa mamalia. Mereka percaya bahwa hubungan yang kuat antara sperma di vas deferens mungkin disebabkan oleh tekanan yang ditimbulkan oleh kehadiran sejumlah besar sperma dalam ruang yang kecil.
Saat mengevaluasi perilaku spermatozoa pada slide kaca yang baru digantung, tanda-tanda aglutinasi sementara dapat terlihat, terutama di tepi tetesan semen. Namun, aglutinasi sering terganggu oleh aksi rotasi yang terkait dengan gerakan terus-menerus, yang menjelaskan sifat sementara dari fenomena ini. Para peneliti juga memperhatikan bahwa ketika pengencer ditambahkan ke semen, agregat sel memanjang yang berbentuk "benang" muncul.
Upaya awal untuk meniru spermatozoa dilakukan dengan menghilangkan kawat tipis dari tetesan yang menggantung, yang menghasilkan vesikel memanjang mirip sperma yang menonjol dari tetesan semen. Spermatozoa segera berbaris sejajar di dalam vesikel, tetapi seluruh unit dengan cepat menghilang karena keterbatasan 3D. Oleh karena itu, untuk mempelajari aglutinasi spermatozoa, perlu untuk mengamati motilitas dan perilaku spermatozoa secara langsung dalam tubulus penyimpanan sperma yang terisolasi, yang sulit dicapai. Karena itu, perlu dikembangkan instrumen yang meniru spermatozoa untuk mendukung studi motilitas sperma dan perilaku aglutinasi. Brillard dkk.13 melaporkan bahwa panjang rata-rata tubulus penyimpanan sperma pada anak ayam dewasa adalah 400–600 µm, tetapi beberapa SST dapat mencapai panjang 2000 µm. Mero dan Ogasawara14 membagi kelenjar seminiferus menjadi tubulus penyimpanan sperma yang membesar dan tidak membesar, keduanya memiliki panjang yang sama (~500 µm) dan lebar leher (~38 µm), tetapi diameter lumen rata-rata tubulus masing-masing adalah 56,6 µm dan 11,2 µm. Dalam penelitian ini, kami menggunakan perangkat mikrofluida dengan ukuran saluran 200 µm × 20 µm (L × T), yang penampangnya agak mirip dengan SST yang diperbesar. Selain itu, kami memeriksa motilitas sperma dan perilaku aglutinasi dalam cairan yang mengalir, yang konsisten dengan hipotesis Foreman bahwa cairan yang dihasilkan oleh sel epitel SST menjaga sperma di dalam lumen dalam arah berlawanan (reologi).
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengatasi masalah pengamatan motilitas spermatozoa di tuba fallopi dan menghindari kesulitan mempelajari reologi dan perilaku spermatozoa dalam lingkungan dinamis. Sebuah perangkat mikrofluida digunakan untuk menciptakan tekanan hidrostatik guna mensimulasikan motilitas sperma di alat kelamin ayam.
Ketika setetes sampel sperma yang diencerkan (1:40) dimasukkan ke dalam perangkat mikrokanal, dua jenis motilitas sperma dapat diidentifikasi (sperma terisolasi dan sperma terikat). Selain itu, spermatozoa cenderung berenang melawan arus (reologi positif; video 1, 2). Meskipun berkas sperma memiliki kecepatan lebih rendah daripada sperma tunggal (p < 0,001), berkas sperma meningkatkan persentase sperma yang menunjukkan reotaksis positif (p < 0,001; Tabel 2). Meskipun berkas sperma memiliki kecepatan lebih rendah daripada sperma tunggal (p < 0,001), berkas sperma meningkatkan persentase sperma yang menunjukkan reotaksis positif (p < 0,001; Tabel 2). Хотя пучки сперматозоидов имели более низкую скорость, чем у одиночных сперматозоидов (p < 0,001), они увеличивали процент сперматозоидов, демонстрирующих положительный реотаксис (p < 0,001; таблица 2). Meskipun berkas spermatozoa memiliki kecepatan yang lebih rendah daripada spermatozoa tunggal (p < 0,001), berkas spermatozoa meningkatkan persentase spermatozoa yang menunjukkan rheotaxis positif (p < 0,001; Tabel 2).尽管精子束的速度低于孤独精子的速度（p < 0,001）,但它们增加了显示阳性流变性的精子百分比（p < 0,001；表2）。尽管 精子束 的 速度 低于 孤独 的 速度 （p <0,001） , 但 增加 了 显示 阳性 流变性 精子百分比 （p <0,001 ； 2。。。。。。）））））） Хотя скорость пучков сперматозоидов была ниже, чем у одиночных сперматозоидов (p < 0,001), они увеличивали процент сперматозоидов с положительной реологией (p < 0,001; таблица 2). Meskipun kecepatan berkas sperma lebih rendah daripada kecepatan spermatozoa tunggal (p < 0,001), berkas sperma meningkatkan persentase spermatozoa dengan reologi positif (p < 0,001; Tabel 2).Reologi positif untuk spermatozoa tunggal dan kelompok spermatozoa diperkirakan masing-masing sekitar 53% dan 85%.
Telah diamati bahwa spermatozoa ayam sharkasi segera setelah ejakulasi membentuk berkas linier, yang terdiri dari puluhan individu. Berkas-berkas ini bertambah panjang dan tebal seiring waktu dan dapat tetap berada di dalam kultur sel selama beberapa jam sebelum menghilang (video 3). Berkas-berkas filamen ini berbentuk seperti spermatozoa echidna yang terbentuk di ujung epididimis. Semen ayam sharkasi ditemukan memiliki kecenderungan tinggi untuk menggumpal dan membentuk berkas retikulat dalam waktu kurang dari satu menit setelah pengumpulan. Berkas-berkas ini dinamis dan mampu menempel pada dinding terdekat atau benda statis apa pun. Meskipun berkas sperma mengurangi kecepatan sel sperma, jelas bahwa secara makroskopis berkas tersebut meningkatkan linearitasnya. Panjang berkas bervariasi tergantung pada jumlah sperma yang dikumpulkan dalam berkas. Dua bagian berkas diisolasi: bagian awal, termasuk kepala bebas sperma yang menggumpal, dan bagian akhir, termasuk ekor dan seluruh ujung distal sperma. Dengan menggunakan kamera berkecepatan tinggi (950 fps), kepala spermatozoa yang teraglutinasi diamati di bagian awal bundel, yang bertanggung jawab atas pergerakan bundel karena gerakan osilasinya, menyeret sisanya ke dalam bundel dengan gerakan heliks (Video 4). Namun, pada gumpalan yang panjang, telah diamati bahwa beberapa kepala sperma bebas menempel pada tubuh dan bagian ujung gumpalan bertindak sebagai baling-baling untuk membantu mendorong gumpalan tersebut.
Dalam aliran fluida yang lambat, berkas sperma bergerak sejajar satu sama lain, namun, mereka mulai tumpang tindih dan menempel pada semua yang diam, agar tidak hanyut oleh arus saat kecepatan aliran meningkat. Berkas terbentuk ketika sejumlah sel sperma saling mendekat, mereka mulai bergerak secara sinkron dan saling melilit, lalu menempel pada zat lengket. Gambar 1 dan 2 menunjukkan bagaimana sperma saling mendekat, membentuk persimpangan saat ekornya saling melilit.
Para peneliti menerapkan tekanan hidrostatik untuk menciptakan aliran fluida dalam saluran mikro guna mempelajari reologi sperma. Saluran mikro berukuran 200 µm × 20 µm (lebar × tinggi) dan panjang 3,6 µm digunakan. Saluran mikro ditempatkan di antara wadah dengan jarum suntik yang dipasang di ujungnya. Pewarna makanan digunakan untuk membuat saluran lebih terlihat.
Ikat kabel penghubung dan aksesori ke dinding. Video diambil dengan mikroskop kontras fase. Pada setiap gambar, disajikan gambar mikroskop kontras fase dan pemetaan. (A) Sambungan antara dua aliran menghambat aliran karena gerakan heliks (panah merah). (B) Sambungan antara bundel tabung dan dinding saluran (panah merah), pada saat yang sama terhubung ke dua bundel lainnya (panah kuning). (C) Bundel sperma di saluran mikrofluida mulai terhubung satu sama lain (panah merah), membentuk jaring bundel sperma. (D) Pembentukan jaringan bundel sperma.
Ketika setetes sperma yang diencerkan dimasukkan ke dalam perangkat mikrofluida dan aliran dibuat, berkas sperma diamati bergerak melawan arah aliran. Bundel-bundel tersebut menempel rapat pada dinding mikrokanal, dan kepala bebas di bagian awal bundel menempel rapat pada dinding tersebut (video 5). Mereka juga menempel pada partikel stasioner apa pun yang ada di jalurnya, seperti puing-puing, untuk menahan diri agar tidak tersapu oleh arus. Seiring waktu, gumpalan-gumpalan ini menjadi filamen panjang yang menjebak spermatozoa tunggal lainnya dan gumpalan yang lebih pendek (Video 6). Saat aliran mulai melambat, garis-garis panjang sperma mulai membentuk jaringan garis sperma (Video 7; Gambar 2).
Pada kecepatan aliran tinggi (V > 33 µm/s), gerakan spiral benang meningkat sebagai upaya untuk menangkap banyak sperma individual yang membentuk bundel agar lebih mampu menahan gaya hanyut aliran. Pada kecepatan aliran tinggi (V > 33 µm/s), gerakan spiral benang meningkat sebagai upaya untuk menangkap banyak sperma individual yang membentuk bundel agar lebih mampu menahan gaya hanyut aliran. При высокой скорости потока (V > 33 mm/с) спиралевидные нижения нитей усиливаются, поскольку они пытаются поймать множество отдельных сперматозоидов, образующих пучки, которые лучше противостоят дрейфующей силе потока. Pada laju aliran tinggi (V > 33 µm/s), gerakan heliks untaian meningkat karena untaian tersebut mencoba menangkap banyak spermatozoa individual yang membentuk bundel yang lebih mampu menahan gaya hanyut aliran.在高流速(V > 33 µm/s)时，螺纹的螺旋运动增加，以试图捕捉许多形成束的单个精子,从而更好地抵抗流动的漂移力。在 高 流速 (v> 33 µm/s) 时 , 的 螺旋 运动 增加 , 以 试图 许多 形成 束 单 个 精子 , 从而更 地 抵抗 的 漂移力。。。。。。。。。。 При высоких скоростях потока (V > 33 mm/с) спиральное нижение увеличивается в попытке захватить множество отдельных сперматозоидов, образующих пучки, чтобы лучше сопротивляться силам дрейфа потока. Pada laju aliran tinggi (V > 33 µm/s), gerakan heliks filamen meningkat sebagai upaya untuk menangkap banyak spermatozoa individual yang membentuk bundel agar lebih mampu menahan gaya hanyut aliran.Mereka juga mencoba memasang saluran mikro pada dinding samping.
Bundel sperma diidentifikasi sebagai gugusan kepala sperma dan ekor yang melengkung menggunakan mikroskop cahaya (LM). Bundel sperma dengan berbagai agregat juga telah diidentifikasi sebagai kepala yang terpelintir dan agregat flagela, beberapa ekor sperma yang menyatu, kepala sperma yang menempel pada ekor, dan kepala sperma dengan inti yang bengkok sebagai beberapa inti yang menyatu. Mikroskop elektron transmisi (TEM). Mikroskop elektron pemindaian (SEM) menunjukkan bahwa bundel sperma adalah agregat kepala sperma yang diselubungi dan agregat sperma menunjukkan jaringan ekor yang terbungkus dan menempel.
Morfologi dan ultrastruktur spermatozoa, pembentukan berkas spermatozoa dipelajari menggunakan mikroskop cahaya (potongan setengah), mikroskop elektron pemindai (SEM) dan mikroskop elektron transmisi (TEM), apusan sperma diwarnai dengan akridin oranye dan diperiksa menggunakan mikroskop epifluoresensi.
Pewarnaan apusan sperma dengan akridin oranye (Gambar 3B) menunjukkan bahwa kepala sperma saling menempel dan tertutup oleh material sekretori, yang menyebabkan terbentuknya gumpalan besar (Gambar 3D). Bundel sperma terdiri dari agregat sperma dengan jaringan ekor yang menempel (Gambar 4A-C). Bundel sperma tersusun dari ekor banyak spermatozoa yang saling menempel (Gambar 4D). Sekretori (Gambar 4E,F) menutupi kepala bundel spermatozoa.
Pembentukan berkas spermatozoa. Menggunakan mikroskop kontras fase dan apusan sperma yang diwarnai dengan akridin oranye, menunjukkan bahwa kepala spermatozoa saling menempel. (A) Pembentukan awal berkas sperma dimulai dengan satu sperma (lingkaran putih) dan tiga sperma (lingkaran kuning), dengan spiral dimulai dari ekor dan berakhir di kepala. (B) Mikrograf apusan sperma yang diwarnai dengan akridin oranye menunjukkan kepala sperma yang menempel (panah). Cairan tersebut menutupi kepala. Perbesaran × 1000. (C) Perkembangan berkas besar yang diangkut oleh aliran dalam saluran mikrofluida (menggunakan kamera kecepatan tinggi pada 950 fps). (D) Mikrograf apusan sperma yang diwarnai dengan akridin oranye menunjukkan berkas besar (panah). Perbesaran: ×200.
Mikrograf elektron pemindaian berkas sperma dan apusan sperma yang diwarnai dengan akridin oranye. (A, B, D, E) adalah mikrograf elektron pemindaian digital berwarna dari spermatozoa, dan C dan F adalah mikrograf apusan sperma yang diwarnai akridin oranye yang menunjukkan perlekatan beberapa spermatozoa yang membungkus selaput kaudal. (AC) Agregat sperma ditunjukkan sebagai jaringan ekor yang melekat (panah). (D) Perlekatan beberapa spermatozoa (dengan zat perekat, garis luar merah muda, panah) yang membungkus ekor. (E dan F) Agregat kepala sperma (penunjuk) yang ditutupi dengan bahan perekat (penunjuk). Spermatozoa membentuk bundel dengan beberapa struktur seperti pusaran (F). (C) Perbesaran ×400 dan (F) ×200.
Dengan menggunakan mikroskop elektron transmisi, kami menemukan bahwa berkas sperma memiliki ekor yang menempel (Gambar 6A, C), kepala yang menempel pada ekor (Gambar 6B), atau kepala yang menempel pada ekor (Gambar 6D). Kepala spermatozoa dalam berkas melengkung, memperlihatkan dua daerah inti dalam penampang (Gambar 6D). Dalam berkas sayatan, spermatozoa memiliki kepala yang terpelintir dengan dua daerah inti dan beberapa daerah flagela (Gambar 5A).
Mikrograf elektron berwarna digital yang menunjukkan ekor penghubung dalam bundel sperma dan bahan aglutinasi yang menghubungkan kepala sperma. (A) Ekor yang terhubung dari sejumlah besar spermatozoa. Perhatikan bagaimana ekor terlihat dalam proyeksi potret (panah) dan lanskap (panah). (B) Kepala (panah) sperma terhubung ke ekor (panah). (C) Beberapa ekor sperma (panah) terhubung. (D) Bahan aglutinasi (AS, biru) menghubungkan empat kepala sperma (ungu).
Mikroskop elektron pemindaian digunakan untuk mendeteksi kepala sperma dalam berkas sperma yang tertutup sekresi atau membran (Gambar 6B), menunjukkan bahwa berkas sperma tersebut ditambatkan oleh material ekstraseluler. Material yang menggumpal terkonsentrasi di kepala sperma (susunan seperti kepala ubur-ubur; Gambar 5B) dan meluas ke arah distal, memberikan tampilan kuning cerah di bawah mikroskop fluoresensi ketika diwarnai dengan akridin oranye (Gambar 6C). Zat ini terlihat jelas di bawah mikroskop pemindaian dan dianggap sebagai pengikat. Sayatan semi-tipis (Gambar 5C) dan apusan sperma yang diwarnai dengan akridin oranye menunjukkan berkas sperma yang mengandung kepala yang tersusun rapat dan ekor yang melengkung (Gambar 5D).
Berbagai fotomikrograf yang menunjukkan agregasi kepala sperma dan ekor yang terlipat menggunakan berbagai metode. (A) Mikrograf elektron transmisi warna digital penampang melintang dari berkas sperma yang menunjukkan kepala sperma yang melingkar dengan inti dua bagian (biru) dan beberapa bagian flagela (hijau). (B) Mikrograf elektron pemindaian warna digital yang menunjukkan sekelompok kepala sperma seperti ubur-ubur (panah) yang tampak tertutup. (C) Penampang semi-tipis yang menunjukkan agregasi kepala sperma (panah) dan ekor yang melengkung (panah). (D) Mikrograf apusan sperma yang diwarnai dengan akridin oranye yang menunjukkan agregat kepala sperma (panah) dan ekor yang melengkung dan melekat (panah). Perhatikan bahwa zat lengket (S) menutupi kepala spermatozoa. (D) Perbesaran × 1000.
Dengan menggunakan mikroskop elektron transmisi (Gambar 7A), juga dicatat bahwa kepala sperma terpelintir dan inti sel memiliki bentuk spiral, sebagaimana dikonfirmasi oleh apusan sperma yang diwarnai dengan akridin oranye dan diperiksa menggunakan mikroskop fluoresensi (Gambar 7B).
(A) Mikrograf elektron transmisi warna digital dan (B) Apusan sperma yang diwarnai dengan akridin oranye menunjukkan kepala yang melingkar dan perlekatan kepala dan ekor sperma (panah). (B) Perbesaran × 1000.
Temuan menarik adalah bahwa sperma Sharkazi menggumpal membentuk berkas filamen yang bergerak. Sifat-sifat berkas ini memungkinkan kita untuk memahami kemungkinan perannya dalam penyerapan dan penyimpanan spermatozoa di SST.
Setelah kawin, sperma memasuki vagina dan menjalani proses seleksi yang intensif, sehingga hanya sejumlah kecil sperma yang memasuki SST15,16. Hingga saat ini, mekanisme masuk dan keluarnya sperma dari SST masih belum jelas. Pada unggas, spermatozoa disimpan di SST untuk jangka waktu yang lama, yaitu 2 hingga 10 minggu, tergantung pada spesiesnya6. Kontroversi masih berlanjut mengenai kondisi semen selama penyimpanan di SST. Apakah mereka bergerak atau diam? Dengan kata lain, bagaimana sel sperma mempertahankan posisinya di SST begitu lama?
Forman4 menyarankan bahwa keberadaan dan pengeluaran SST dapat dijelaskan dalam hal motilitas sperma. Para penulis berhipotesis bahwa sperma mempertahankan posisinya dengan berenang melawan aliran cairan yang diciptakan oleh epitel SST dan bahwa sperma dikeluarkan dari SST ketika kecepatannya turun di bawah titik di mana mereka mulai bergerak mundur karena kekurangan energi. Zaniboni5 mengkonfirmasi keberadaan aquaporin 2, 3, dan 9 di bagian apikal sel epitel SST, yang secara tidak langsung dapat mendukung model penyimpanan sperma Foreman. Dalam penelitian ini, kami menemukan bahwa hampir setengah dari spermatozoa Sharkashi menunjukkan reologi positif dalam cairan yang mengalir, dan bahwa berkas sperma yang teragglutinasi meningkatkan jumlah spermatozoa yang menunjukkan reologi positif, meskipun aglutinasi memperlambatnya. Bagaimana sel sperma bergerak ke atas tuba fallopi burung menuju tempat pembuahan belum sepenuhnya dipahami. Pada mamalia, cairan folikel menarik spermatozoa secara kemotaksis. Namun, kemoatraktan diyakini mengarahkan spermatozoa untuk mendekat pada jarak jauh7. Oleh karena itu, mekanisme lain bertanggung jawab atas transportasi sperma. Kemampuan sperma untuk berorientasi dan mengalir melawan cairan tuba falopi yang dilepaskan setelah kawin telah dilaporkan sebagai faktor utama dalam menargetkan sperma pada tikus. Parker 17 menyarankan bahwa spermatozoa melintasi oviduk dengan berenang melawan arus silia pada burung dan reptil. Meskipun belum dibuktikan secara eksperimental pada burung, Adolphi18 adalah orang pertama yang menemukan bahwa sperma burung memberikan hasil positif ketika lapisan tipis cairan di antara kaca penutup dan slide dibuat dengan selembar kertas saring. Reologi. Hino dan Yanagimachi [19] menempatkan kompleks ovarium-tuba-uterus tikus dalam cincin perfusi dan menyuntikkan 1 µl tinta ke dalam isthmus untuk memvisualisasikan aliran cairan di tuba falopi. Mereka mengamati gerakan kontraksi dan relaksasi yang sangat aktif di tuba fallopi, di mana semua bola sperma terus bergerak menuju ampula tuba fallopi. Para penulis menekankan pentingnya aliran cairan tuba dari tuba fallopi bagian bawah ke bagian atas untuk pengangkatan sperma dan fertilisasi. Brillard20 melaporkan bahwa pada ayam dan kalkun, spermatozoa bermigrasi dengan gerakan aktif dari pintu masuk vagina, tempat mereka disimpan, ke persimpangan utero-vagina, tempat mereka disimpan. Namun, gerakan ini tidak diperlukan antara persimpangan utero-vagina dan infundibulum karena spermatozoa diangkut dengan perpindahan pasif. Dengan mengetahui rekomendasi sebelumnya dan hasil yang diperoleh dalam penelitian ini, dapat diasumsikan bahwa kemampuan spermatozoa untuk bergerak ke hulu (reologi) adalah salah satu sifat yang menjadi dasar proses seleksi. Hal ini menentukan perjalanan spermatozoa melalui vagina dan masuknya mereka ke dalam tuba fallopi untuk penyimpanan. Seperti yang disarankan oleh Forman4, hal ini juga dapat memfasilitasi proses masuknya sperma ke dalam SST dan habitatnya untuk jangka waktu tertentu, kemudian keluar ketika kecepatannya mulai melambat.
Di sisi lain, Matsuzaki dan Sasanami 21 menyarankan bahwa spermatozoa unggas mengalami perubahan motilitas dari dormansi menjadi motilitas di saluran reproduksi jantan dan betina. Inhibisi motilitas sperma residen di SST telah diusulkan untuk menjelaskan waktu penyimpanan sperma yang lama dan kemudian peremajaan setelah meninggalkan SST. Dalam kondisi hipoksia, Matsuzaki dkk. 1 melaporkan produksi dan pelepasan laktat yang tinggi di SST, yang dapat menyebabkan inhibisi motilitas sperma residen. Dalam hal ini, pentingnya reologi sperma tercermin dalam seleksi dan penyerapan spermatozoa, dan bukan dalam penyimpanannya.
Pola aglutinasi sperma dianggap sebagai penjelasan yang masuk akal untuk periode penyimpanan sperma yang lama di SST, karena ini adalah pola retensi sperma yang umum pada unggas2,22,23. Bakst dkk. 2 mengamati bahwa sebagian besar spermatozoa saling menempel, membentuk agregat fasikular, dan spermatozoa tunggal jarang ditemukan di CCM burung puyuh. Di sisi lain, Wen dkk. 24 mengamati lebih banyak spermatozoa yang tersebar dan lebih sedikit gumpalan spermatozoa di lumen SST pada ayam. Berdasarkan pengamatan ini, dapat diasumsikan bahwa kecenderungan aglutinasi sperma berbeda antara burung dan antara spermatozoa dalam ejakulasi yang sama. Selain itu, Van Krey dkk. 9 menyarankan bahwa disosiasi acak spermatozoa yang teragglutinasi bertanggung jawab atas penetrasi bertahap spermatozoa ke dalam lumen tuba fallopi. Menurut hipotesis ini, spermatozoa dengan kapasitas aglutinasi yang lebih rendah harus dikeluarkan dari SST terlebih dahulu. Dalam konteks ini, kemampuan spermatozoa untuk menggumpal mungkin menjadi faktor yang memengaruhi hasil kompetisi sperma pada unggas yang terinfeksi. Selain itu, semakin lama sperma yang menggumpal tersebut berdisosiasi, semakin lama kesuburan dipertahankan.
Meskipun agregasi spermatozoa dan penggabungan menjadi bundel telah diamati dalam beberapa penelitian2,22,24, namun hal tersebut belum dijelaskan secara detail karena kompleksitas pengamatan kinematiknya di dalam SST. Beberapa upaya telah dilakukan untuk mempelajari aglutinasi sperma secara in vitro. Agregasi yang luas namun sementara diamati ketika kawat tipis dilepas dari tetesan benih yang menggantung. Hal ini menyebabkan gelembung memanjang menonjol dari tetesan, meniru kelenjar semen. Karena keterbatasan 3D dan waktu pengeringan tetes yang singkat, seluruh blok dengan cepat rusak9. Dalam penelitian ini, menggunakan ayam Sharkashi dan chip mikrofluida, kami dapat menjelaskan bagaimana gumpalan ini terbentuk dan bagaimana mereka bergerak. Bundel sperma terbentuk segera setelah pengumpulan semen dan ditemukan bergerak secara spiral, menunjukkan reologi positif ketika ada dalam aliran. Lebih lanjut, ketika dilihat secara makroskopis, bundel sperma telah diamati meningkatkan linearitas motilitas dibandingkan dengan spermatozoa yang terisolasi. Hal ini menunjukkan bahwa aglutinasi sperma mungkin terjadi sebelum penetrasi SST dan bahwa produksi sperma tidak terbatas pada area kecil karena stres seperti yang sebelumnya disarankan (Tingari dan Lake12). Selama pembentukan rumpun, spermatozoa berenang secara sinkron hingga membentuk persimpangan, kemudian ekornya saling melilit dan kepala spermatozoa tetap bebas, tetapi ekor dan bagian distal spermatozoa saling menempel dengan zat lengket. Oleh karena itu, kepala ligamen yang bebas bertanggung jawab atas pergerakan, menyeret sisa ligamen. Mikroskop elektron pemindaian pada bundel sperma menunjukkan kepala sperma yang menempel tertutup banyak bahan lengket, menunjukkan bahwa kepala sperma menempel dalam bundel istirahat, yang mungkin terjadi setelah mencapai tempat penyimpanan (SST).
Ketika apusan sperma diwarnai dengan akridin oranye, material perekat ekstraseluler di sekitar sel sperma dapat dilihat di bawah mikroskop fluoresen. Zat ini memungkinkan berkas sperma untuk menempel dan melekat pada permukaan atau partikel di sekitarnya sehingga tidak hanyut terbawa arus. Dengan demikian, pengamatan kami menunjukkan peran adhesi spermatozoa dalam bentuk berkas yang bergerak. Kemampuan mereka untuk berenang melawan arus dan menempel pada permukaan di dekatnya memungkinkan sperma untuk bertahan lebih lama di SST.
Rothschild25 menggunakan kamera hemositometri untuk mempelajari distribusi mengambang semen sapi dalam setetes suspensi, mengambil fotomikrograf melalui kamera dengan sumbu optik vertikal dan horizontal mikroskop. Hasilnya menunjukkan bahwa spermatozoa tertarik ke permukaan ruang. Para penulis menyarankan bahwa mungkin ada interaksi hidrodinamik antara sperma dan permukaan. Dengan mempertimbangkan hal ini, bersama dengan kemampuan semen ayam Sharkashi untuk membentuk gumpalan lengket, hal ini dapat meningkatkan kemungkinan semen akan menempel pada dinding SST dan disimpan untuk jangka waktu yang lama.
Bccetti dan Afzeliu26 melaporkan bahwa glikokaliks sperma diperlukan untuk pengenalan dan aglutinasi gamet. Forman10 mengamati bahwa hidrolisis ikatan α-glikosidik dalam lapisan glikoprotein-glikolipid dengan perlakuan semen unggas dengan neuraminidase mengakibatkan penurunan kesuburan tanpa memengaruhi motilitas sperma. Para penulis menyarankan bahwa efek neuraminidase pada glikokaliks mengganggu sekuestrasi sperma di persimpangan utero-vaginal, sehingga mengurangi kesuburan. Pengamatan mereka tidak dapat mengabaikan kemungkinan bahwa perlakuan neuraminidase dapat mengurangi pengenalan sperma dan oosit. Forman dan Engel10 menemukan bahwa kesuburan berkurang ketika ayam betina diinseminasi intravaginal dengan semen yang diberi perlakuan neuraminidase. Namun, IVF dengan sperma yang diberi perlakuan neuraminidase tidak memengaruhi kesuburan dibandingkan dengan ayam kontrol. Para penulis menyimpulkan bahwa perubahan pada lapisan glikoprotein-glikolipid di sekitar membran sperma mengurangi kemampuan sperma untuk membuahi dengan mengganggu sekuestrasi sperma di persimpangan uterus-vagina, yang pada gilirannya meningkatkan kehilangan sperma karena kecepatan persimpangan uterus-vagina, tetapi tidak memengaruhi pengenalan sperma dan sel telur.
Pada kalkun, Bakst dan Bauchan 11 menemukan vesikel kecil dan fragmen membran di lumen SST dan mengamati bahwa beberapa granula ini telah menyatu dengan membran sperma. Para penulis berpendapat bahwa hubungan ini dapat berkontribusi pada penyimpanan spermatozoa jangka panjang di SST. Namun, para peneliti tidak menentukan sumber partikel-partikel ini, apakah partikel tersebut disekresikan oleh sel epitel CCT, diproduksi dan disekresikan oleh sistem reproduksi jantan, atau diproduksi oleh sperma itu sendiri. Selain itu, partikel-partikel ini bertanggung jawab atas aglutinasi. Grützner dkk.27 melaporkan bahwa sel epitel epididimis memproduksi dan mensekresikan protein spesifik yang diperlukan untuk pembentukan saluran seminal berpori tunggal. Para penulis juga melaporkan bahwa penyebaran berkas-berkas ini bergantung pada interaksi protein epididimis. Nixon dkk.28 menemukan bahwa adneksa mensekresikan protein, osteonektin asam yang kaya sistein; SPARC terlibat dalam pembentukan gumpalan sperma pada echidna berparuh pendek dan platipus. Penyebaran berkas sperma ini terkait dengan hilangnya protein ini.
Dalam penelitian ini, analisis ultrastruktural menggunakan mikroskop elektron menunjukkan bahwa spermatozoa menempel pada sejumlah besar material padat. Zat-zat ini diduga bertanggung jawab atas aglutinasi yang mengembun di antara dan di sekitar kepala yang menempel, tetapi dengan konsentrasi yang lebih rendah di daerah ekor. Kami berasumsi bahwa zat aglutinasi ini dikeluarkan dari sistem reproduksi jantan (epididimis atau vas deferens) bersama dengan semen, karena kita sering mengamati semen terpisah dari limfa dan plasma semen selama ejakulasi. Telah dilaporkan bahwa ketika spermatozoa unggas melewati epididimis dan vas deferens, mereka mengalami perubahan terkait pematangan yang mendukung kemampuan mereka untuk mengikat protein dan memperoleh glikoprotein terkait membran plasma. Persistensi protein ini pada membran sperma residen di SST menunjukkan bahwa protein ini dapat memengaruhi perolehan stabilitas membran sperma 30 dan menentukan kesuburan mereka 31. Ahammad et al32 melaporkan bahwa spermatozoa yang diperoleh dari berbagai bagian sistem reproduksi pria (dari testis hingga vas deferens distal) menunjukkan peningkatan viabilitas secara progresif dalam kondisi penyimpanan cair, terlepas dari suhu penyimpanan, dan viabilitas pada ayam juga meningkat di tuba fallopi setelah inseminasi buatan.
Gumpalan sperma ayam Sharkashi memiliki karakteristik dan fungsi yang berbeda dibandingkan spesies lain seperti echidna, platipus, tikus kayu, tikus rusa, dan marmut. Pada ayam Sharkashi, pembentukan berkas sperma mengurangi kecepatan berenang mereka dibandingkan dengan sperma tunggal. Namun, berkas-berkas ini meningkatkan persentase sperma positif secara reologis dan meningkatkan kemampuan sperma untuk menstabilkan diri dalam lingkungan yang dinamis. Dengan demikian, hasil kami mengkonfirmasi saran sebelumnya bahwa aglutinasi sperma di SST (Sperm-Sperm Tube) terkait dengan penyimpanan sperma jangka panjang. Kami juga berhipotesis bahwa kecenderungan sperma untuk membentuk gumpalan dapat mengontrol laju kehilangan sperma di SST, yang dapat mengubah hasil kompetisi sperma. Menurut asumsi ini, sperma dengan kapasitas aglutinasi rendah melepaskan SST terlebih dahulu, sementara sperma dengan kapasitas aglutinasi tinggi menghasilkan sebagian besar keturunan. Pembentukan berkas sperma pori tunggal bermanfaat dan memengaruhi rasio induk-anak, tetapi menggunakan mekanisme yang berbeda. Pada echidna dan platipus, spermatozoa tersusun sejajar satu sama lain untuk meningkatkan kecepatan geraknya. Bundel spermatozoa bergerak sekitar tiga kali lebih cepat daripada spermatozoa tunggal. Dipercaya bahwa pembentukan bundel sperma seperti itu pada echidna merupakan adaptasi evolusioner untuk mempertahankan dominasi, karena betina bersifat promiskuitas dan biasanya kawin dengan beberapa jantan. Oleh karena itu, spermatozoa dari ejakulasi yang berbeda bersaing sengit untuk pembuahan sel telur.
Spermatozoa yang menggumpal pada ayam sharkasi mudah divisualisasikan menggunakan mikroskop kontras fase, yang dianggap menguntungkan karena memungkinkan studi perilaku spermatozoa secara in vitro dengan mudah. ​​Mekanisme pembentukan gumpalan sperma yang mendorong reproduksi pada ayam sharkasi juga berbeda dari yang terlihat pada beberapa mamalia plasenta yang menunjukkan perilaku sperma kooperatif seperti tikus kayu, di mana beberapa spermatozoa mencapai telur, membantu individu terkait lainnya mencapai dan merusak telur mereka. untuk membuktikan diri. perilaku altruistik. Pembuahan sendiri 34. Contoh lain dari perilaku kooperatif pada spermatozoa ditemukan pada tikus rusa, di mana spermatozoa mampu mengidentifikasi dan bergabung dengan spermatozoa yang paling terkait secara genetik dan membentuk kelompok kooperatif untuk meningkatkan kecepatan mereka dibandingkan dengan spermatozoa yang tidak terkait35.
Hasil yang diperoleh dalam penelitian ini tidak bertentangan dengan teori Foman tentang penyimpanan spermatozoa jangka panjang di SWS. Para peneliti melaporkan bahwa sel sperma terus bergerak dalam aliran sel epitel yang melapisi SST untuk jangka waktu yang lama, dan setelah jangka waktu tertentu, cadangan energi sel sperma habis, mengakibatkan penurunan kecepatan, yang memungkinkan pengeluaran zat berbobot molekul kecil. Energi spermatozoa dengan aliran cairan dari lumen SST rongga tuba fallopi. Dalam penelitian ini, kami mengamati bahwa setengah dari sperma tunggal menunjukkan kemampuan untuk berenang melawan aliran cairan, dan adhesi mereka dalam bundel meningkatkan kemampuan mereka untuk menunjukkan reologi positif. Lebih lanjut, data kami konsisten dengan data Matsuzaki dkk. 1 yang melaporkan bahwa peningkatan sekresi laktat di SST dapat menghambat motilitas sperma residen. Namun, hasil kami menggambarkan pembentukan ligamen motil sperma dan perilaku reologinya dalam lingkungan dinamis di dalam mikrokanal dalam upaya untuk menjelaskan perilaku mereka di SST. Penelitian di masa mendatang dapat berfokus pada penentuan komposisi kimia dan asal agen aglutinasi, yang tentunya akan membantu para peneliti mengembangkan cara-cara baru untuk menyimpan semen cair dan meningkatkan durasi kesuburan.
Lima belas ekor burung sharkasi jantan berleher telanjang berusia 30 minggu (homozigot dominan; Na Na) dipilih sebagai donor sperma dalam penelitian ini. Burung-burung tersebut dipelihara di Peternakan Unggas Penelitian Fakultas Pertanian, Universitas Ashit, Provinsi Ashit, Mesir. Burung-burung tersebut ditempatkan dalam kandang individu (30 x 40 x 40 cm), diberi program pencahayaan (16 jam terang dan 8 jam gelap) dan diberi pakan yang mengandung 160 g protein kasar, 2800 kkal energi metabolisme, 35 g kalsium, dan 5 gram fosfor tersedia per kilogram pakan.
Menurut data 36, ​​​​37, semen dikumpulkan dari pria dengan pijatan perut. Sebanyak 45 sampel semen dikumpulkan dari 15 pria selama 3 hari. Semen (n = 15/hari) segera diencerkan 1:1 (v:v) dengan Belsville Poultry Semen Diluent, yang mengandung kalium difosfat (1,27 g), mononatrium glutamat monohidrat (0,867 g), fruktosa (0,5 g), natrium asetat anhidrat (0,43 g), tris(hidroksimetil)aminometana (0,195 g), kalium sitrat monohidrat (0,064 g), kalium monofosfat (0,065 g), magnesium klorida (0,034 g) dan H2O (100 ml), pH = 7,5, osmolaritas 333 mOsm/kg38. Sampel semen yang telah diencerkan pertama-tama diperiksa di bawah mikroskop cahaya untuk memastikan kualitas semen yang baik (kadar air) dan kemudian disimpan dalam penangas air pada suhu 37°C hingga digunakan dalam waktu setengah jam setelah pengambilan.
Kinematika dan reologi spermatozoa dijelaskan menggunakan sistem perangkat mikrofluida. Sampel semen diencerkan lebih lanjut hingga 1:40 dalam Beltsville Avian Semen Diluent, dimasukkan ke dalam perangkat mikrofluida (lihat di bawah), dan parameter kinetik ditentukan menggunakan sistem Analisis Semen Terkomputerisasi (CASA) yang sebelumnya dikembangkan untuk karakterisasi mikrofluida. pada mobilitas spermatozoa dalam media cair (Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Assiut, Mesir). Plugin dapat diunduh di: http://www.assiutmicrofluidics.com/research/casa39. Kecepatan kurva (VCL, μm/s), kecepatan linier (VSL, μm/s) dan kecepatan lintasan rata-rata (VAP, μm/s) diukur. Video spermatozoa diambil menggunakan mikroskop kontras fase Optika XDS-3 terbalik (dengan lensa objektif 40x) yang terhubung ke kamera Tucson ISH1000 pada 30 fps selama 3 detik. Gunakan perangkat lunak CASA untuk mempelajari setidaknya tiga area dan 500 lintasan sperma per sampel. Video yang direkam diproses menggunakan CASA buatan sendiri. Definisi motilitas dalam plug-in CASA didasarkan pada kecepatan berenang sperma dibandingkan dengan laju aliran, dan tidak termasuk parameter lain seperti gerakan dari sisi ke sisi, karena hal ini telah terbukti lebih dapat diandalkan dalam aliran fluida. Gerakan reologi dijelaskan sebagai gerakan sel sperma yang berlawanan arah dengan aliran fluida. Spermatozoa dengan sifat reologi dibagi dengan jumlah spermatozoa motil; spermatozoa yang diam dan spermatozoa yang bergerak secara konvektif dikecualikan dari perhitungan.
Semua bahan kimia yang digunakan diperoleh dari Elgomhoria Pharmaceuticals (Kairo, Mesir) kecuali dinyatakan lain. Perangkat ini diproduksi seperti yang dijelaskan oleh El-sherry dkk. 40 dengan beberapa modifikasi. Bahan yang digunakan untuk membuat mikrokanal meliputi pelat kaca (Howard Glass, Worcester, MA), resist negatif SU-8-25 (MicroChem, Newton, CA), diaseton alkohol (Sigma Aldrich, Steinheim, Jerman), dan poliaseton -184 (Dow Corning, Midland, Michigan). Mikrokanal dibuat menggunakan litografi lunak. Pertama, masker pelindung wajah transparan dengan desain mikrokanal yang diinginkan dicetak pada printer resolusi tinggi (Prismatic, Kairo, Mesir dan Pacific Arts and Design, Markham, ON). Master dibuat menggunakan pelat kaca sebagai substrat. Pelat dibersihkan dalam aseton, isopropanol, dan air deionisasi, kemudian dilapisi dengan lapisan SU8-25 setebal 20 µm dengan metode spin coating (3000 rpm, 1 menit). Lapisan SU-8 kemudian dikeringkan perlahan (65°C, 2 menit dan 95°C, 10 menit) dan dipaparkan pada radiasi UV selama 50 detik. Setelah pemaparan, dipanggang pada suhu 65°C dan 95°C selama 1 menit dan 4 menit untuk mengikat silang lapisan SU-8 yang terpapar, diikuti dengan pengembangan dalam diaseton alkohol selama 6,5 ​​menit. Panggang waffle dengan suhu tinggi (200°C selama 15 menit) untuk memadatkan lapisan SU-8 lebih lanjut.
PDMS disiapkan dengan mencampur monomer dan pengeras dengan rasio berat 10:1, kemudian dihilangkan gasnya dalam desikator vakum dan dituangkan ke rangka utama SU-8. PDMS dikeringkan dalam oven (120°C, 30 menit), kemudian saluran dipotong, dipisahkan dari master, dan dilubangi agar tabung dapat dipasang di saluran masuk dan keluar mikrokanal. Terakhir, mikrokanal PDMS dipasang secara permanen ke slide mikroskop menggunakan prosesor korona portabel (Electro-Technic Products, Chicago, IL) seperti yang dijelaskan di tempat lain. Mikrokanal yang digunakan dalam penelitian ini berukuran 200 µm × 20 µm (Lebar × Tinggi) dan panjangnya 3,6 cm.
Aliran fluida yang diinduksi oleh tekanan hidrostatik di dalam mikrokanal dicapai dengan menjaga ketinggian fluida di reservoir masuk di atas perbedaan ketinggian Δh39 di reservoir keluar (Gambar 1).
di mana f adalah koefisien gesekan, didefinisikan sebagai f = C/Re untuk aliran laminar dalam saluran persegi panjang, di mana C adalah konstanta yang bergantung pada rasio aspek saluran, L adalah panjang mikrokanal, Vav adalah kecepatan rata-rata di dalam mikrokanal, Dh adalah diameter hidraulik saluran, g – percepatan gravitasi. Dengan menggunakan persamaan ini, kecepatan rata-rata saluran dapat dihitung menggunakan persamaan berikut: