Sau khi nghiên cứu đặc điểm của tinh dịch và các thành phần trong tinh dịch, Ivanop I.K (1890) đã khẳng định. Tinh thanh chỉ là môi trường giúp cho tinh trùng hoạt động, nó không cần thiết cho quá trình thụ thai và có thể sử dụng tinh trùng đã được pha loãng trong các dung dịch nhân tạo để dẫn tinh cho các súc vật cái mà vẫn sinh ra đời con một cách bình thường.
Về mặt hoá học và sinh học có thể coi môi trường pha loãng, bảo tồn tinh dịch là những môi trường hoá học thoả mãn đến mức tối đa các điều kiện sống của tinh trùng.
Để đạt được các yêu cầu trên và có thể áp dụng trong sản xuất, theo viện sĩ Milovanop, môi trường pha loãng, bảo tồn tinh dịch phải thỏa mãn sáu nguyên tắc cơ bản dưới đây:
1.1. Áp lực thẩm thấu (Posm)
Áp lực thẩm thấu của môi trường phải tương đương áp lực thẩm thấu của tinh dịch. Áp lực thẩm thấu là áp suất cần thiết trong dung dịch tác động lên màng tế bào làm ngừng hiện tượng thẩm thấu. áp lực thẩm thấu P = R.T.C
Trong đó: R: là hằng số khí = 0,082 lít atm/mol độ. T: nhiệt độ tuyệt đối = t0C + 273
C: nồng độ dung dịch = mol/lít.
Đây là nguyên tắc cao nhất, vì chỉ trong điều kiện cân bằng về áp lực thẩm thấu tinh trùng mới giữa nguyên được hình thái và quá trình trao đổi chất. Thật vậy, môi trường ưu trương hay nhược trương đều có thể giết chết tinh trùng, bởi vì trong các
môi trường này tinh trùng sẽ bị teo đi hay trương phồng lên dẫn tới cấu trúc bị thay đổi tinh trùng bị chết một cách nhanh chóng.
1.2. Độ pH
Môi trường phải có độ pH tương đương độ pH của tinh dịch hoặc hơi toan một chút. Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy, độ pH của môi trường từ 6,4-6,7 là tốt nhất. Ở độ pH này, tinh trùng trao đổi chất ở cường độ thấp, nên thời gian sống của tinh trùng lâu hơn.
1.3. Năng lực đệm của môi trường(β)
Bảo tồn tinh dịch là giữ cho tinh trùng sống. Sự sống luôn được gắn liền với quá trình trao đổi chất mà bản chất quá trình trao đổi chất của tinh trùng trong thời gian bảo tồn là quá trình đường phân yếm khí. Quá trình này luôn thải ra môi trường axit lactic, làm cho nồng độ H+ trong môi trường luôn có xu hướng tăng lên. Sự tăng lên của các con H+ có nguy cơ gây đầu độc tinh trùng. Trên thực tế, hệ đệm tự nhiên trong tinh dịch không đủ khả năng giữ ổn định pH của tinh dịch. Do đó, phải bổ sung chất đệm vào môi trường để giữ ổn định pH trong quá trình bảo tồn. Các chất đệm sử dụng trong môi trường thường là đệm một chiều, như muối kim loại kiềm của các axit hữu cơ yếu như: Natri xitrat, Kim tartrat, Natri bicarbonat...
Đối với tinh dịch trâu, bò, do tinh dịch có nồng độ tinh trùng lớn, khả năng trao đổi chất mạnh, nên người ta thường bổ sung vào môi trường các chất có năng lực đệm cao, như: hệ đệm phôtphát NaH2PO4/Na2HPO4 và KH2PO4/K2HPO4)
1.4. Tỷ lệ giữa chất điện giải và chất không điện giải
Môi trường phải đảm bảo có tỷ lệ giữa chất điện giải và không điện giải thích hợp.
Các chất không điện giải thường là các đường (glucose, fructose...). Ngoài việc cung cấp năng lượng cho tinh trùng trong quá trình trao đổi chất, đường có vai trò rất quan trọng trong việc bảo vệ tinh trùng tránh cho tinh trùng không bị mất điện tích bề mặt, một nguyên nhân gây ra hiện tượng kết dính tinh trùng thành từng đám. Sở dĩ trường có vai trò như vậy vì nó là chất không điện giải có tác dụng pha loãng nồng độ ion trong môi trường, do đó làm giảm tác động của các con tới màng nguyên sinh chất của tinh trùng..
Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu của Nguyễn Thiện và Nguyễn Tấn Anh cho thấy, các đường đơn (glucose, fructose) khi sử dụng làm môi trường pha loãng tinh dịch cho lợn bị phân huỷ nhanh chóng bởi tinh trùng, vì vậy các tác giả khuyên nên bổ sung vào môi trường những loại đường mà tinh trùng khó phân giải như: saccarose, arabinose...
Trên thực tế, tinh trùng rất mẫn cảm với các dung dịch muối, như: NaCl, BaCl2…, nhưng trong quá trình pha chế, người ta vẫn phải đưa vào môi trường một lượng nhất định muối không độc và có chứa các anìon có hoá trị cao.
Theo Milovanop, nếu tăng hoá trị của các chuồn trong môi trường sẽ có hại cho tinh trùng: Các cation hoá trị 2 (Ca+2, Fe+2...) làm cho tinh trùng bị tụ dính, các cation hoá trị 3 và 4 (Al+3, Fe+3...) làm cho tinh dịch nhanh bị đông đặc, tinh trùng chóng chết.
Những kết quả nghiên cứu của Popop. PX (1968) cho thấy, ngược lại với tác dụng của các chuồn, các anion có hoá trị cao trong môi trường có tác dụng làm tăng sức sống của tinh trùng hơn so với các anion có hoá trị 1. Chính vì vậy, người ta thường sử dụng muối Na3C6H5O7.2H2O và Na3C6H5O7.5H2O làm chất đệm trong môi trường pha loãng, bảo tồn tinh dịch.
1.5. Môi trường phải có các đặc điểm vật 1ý phù hợp với tinh trùng
- Tỷ trọng của môi trường phải tương đương tỷ trọng của tinh dịch. Nguyên tắc này đảm bảo cho môi trường và tinh dịch hòa tan vào nhau, tinh trùng tránh được lực đẩy Acsimet.
- Độ nhớt của môi trường cũng phải tương đương với độ nhớt của tinh dịch. Bởi vì, sự vận động của tinh trùng trong môi trường hình thành một lực ma sát nội phân tử tác động lên bề mặt màng tế bào, gây nên sức căng trên bề mặt và có thể làm thay đổi hình thái, cấu trúc của tinh trùng. Đảm bảo nguyên tắc này tức là tránh cho tinh trùng không bị ảnh hưởng bởi lực ma sát nội phân tử, đồng thời giảm sức căng bề mặt ngoài màng tinh trùng.
Chất keo nhớt thường dùng trong môi trường là glyxenn, lòng đỏ trứng gà, lipoprotein hoặc leucitin.
1. 6. Môi trường cần thoả mãn tính kinh tế và tính thực tiễn
Để dễ dàng áp dụng vào thực tiễn sản xuất, môi trường pha loãng và bảo tồn tinh dịch phải thoả mãn các yêu cầu: Nguyên liệu dễ tìm, rẻ tiền; Kỹ thuật pha chế đơn giản; Môi trường có khả năng kéo dài thời thời gian sống của tinh trùng, nhưng vẫn đảm bảo tỷ lệ thụ thai cao sau khi phối giống.