2 DESCRIPCIÓN Extensímetro para estructuras biológicas La presente descripción se refiere a extensímetros para estructuras biológicas. Además, la 5 descripción se refiere también a procedimientos de control para extensímetros. ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR Son conocidos en el estado de la técnica extensímetros que aplican una fuerza de tensión y 10 miden la deformación sobre un material en base a esta fuerza de tensión aplicada. Por ejemplo, el documento WO9816795 describe un extensímetro que mide el cambio en la distancia que se extiende el material al aplicarle una fuerza de tensión. Este extensímetro cuenta con un primer y un segundo brazos y un soporte rígido. Una primera bisagra permite 15 la pivotación del primer brazo y una segunda bisagra la pivotación del segundo brazo. Sin embargo, los extensímetros conocidos tienen diferentes limitaciones que hacen que su aplicación en estructuras biológicas no sea del todo satisfactoria y fiable. 20 Un primer problema de este tipo de dispositivos puede ser la falta de control de la fuerza de tensión longitudinal (especialmente, aunque no exclusivamente, en el rango 0,98 mN hasta 980 mN donde se trabaja en muchas aplicaciones biológicas). Esta falta de control puede conducir a una rotura del material biológico y/o deformaciones no deseadas, así como alteraciones en las características de deformación de las estructuras biológicas, pudiendo 25 verse afectadas las características del material. Un segundo problema puede basarse en la dificultad de garantizar la deformación del material dentro de unos parámetros. 30 Otro problema puede ser la aparición de frecuencias que, a su vez, provocan la aparición de oscilaciones no deseadas y que, en consecuencia, pueden llevar a la rotura y/o deformación del material.
3 Otro problema más puede ser la integración de un extensímetro para estructuras biológicas con otros dispositivos de medida y de registro de resultados. Por lo tanto, existe la necesidad de obtener un extensímetro para estructuras biológicas, que resuelva al menos algunos de los inconvenientes antes mencionados. 5 EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN En un primer aspecto, se proporciona un extensímetro para estructuras biológicas. Este extensímetro comprende un soporte para la colocación de la estructura biológica. El 10 extensímetro comprende también un elemento móvil que comprende al menos un retenedor para, en funcionamiento, sujetar la estructura biológica situada en el soporte. El extensímetro comprende además al menos un actuador que está acoplado al elemento móvil y está adaptado para mover el elemento móvil en una dirección substancialmente paralela en relación al soporte. Además, el extensímetro comprende al menos un 15 transductor inductivo adaptado para medir un desplazamiento del elemento móvil. El extensímetro comprende también al menos un módulo de control conectado al elemento móvil, estando adaptado este módulo de control para minimizar la diferencia entre una fuerza que se opone al inicio del movimiento del elemento móvil (lo que podría entenderse como un rozamiento estático) y una fuerza que se opone durante el movimiento del 20 elemento móvil cuando el elemento móvil ejerce una fuerza sobre la estructura biológica (lo que podría entenderse como un rozamiento dinámico). De este modo, con la provisión del módulo de control descrito se consigue reducir la diferencia entre rozamiento estático y rozamiento dinámico, y en consecuencia, reducir la 25 posibilidad de rotura del material biológico y/o deformaciones no deseadas durante la medida de la elasticidad en estructuras biológicas. La fuerza de tensión longitudinal aplicada por el elemento móvil puede encontrarse en el orden de unos pocos milinewtons y, en consecuencia, la deformación de la estructura de 30 material biológico puede encontrarse en el orden de fracciones de milímetros. Como resultado, se consigue la reducción del movimiento brusco o descontrolado del elemento móvil, reduciéndose el riesgo de rotura o de elongaciones del material biológico.
4 Los transductores inductivos son dispositivos de fácil implementación, con muy bajo nivel de rozamiento, alta resolución y sensibilidad, así como alta estabilidad a las temperaturas. Por lo tanto, el uso de transductores inductivos en el extensímetro posibilita mejorar el funcionamiento del extensímetro ante cambios de temperatura, así como reducir los 5 rozamientos ajenos a la propia estructura biológica. Además, el elemento móvil puede estar fabricado de metacrilato, el cual es un material muy resistente respecto a su masa, lo que puede permitir mantener el peso del elemento móvil a niveles muy bajos y, en consecuencia, permite un aumento de la frecuencia de resonancia 10 del elemento móvil y la reducción del factor de calidad Q del sistema resonante. De esta manera, también se pueden reducir las posibilidades de rotura y/o deformaciones no deseadas en estructuras biológicas. De acuerdo con algunos ejemplos, el al menos un retenedor para sujetar la estructura 15 biológica pueden estar provisto en un extremo distal del elemento móvil. De acuerdo con algunos ejemplos, el soporte del extensímetro puede comprender una porción rebajada configurada para retener líquido, estando adaptada esta porción rebajada para mantener la estructura biológica al menos en parte sumergida en el líquido. De esta 20 manera, durante el uso del extensímetro, es posible sumergir en líquido estructuras biológicas incluso en sus formas más complejas, de una manera sencilla. De acuerdo con otros ejemplos, el extensímetro puede comprender al menos un elemento de inmersión adaptado para mantener al menos parte de la estructura biológica sumergida 25 en el líquido. Según otros ejemplos, el extensímetro puede comprender medios para mantener el soporte en una posición substancialmente horizontal. En extensímetros para estructuras biológicas, la configuración horizontal del soporte es crítica frente a otras configuraciones (p.ej. vertical 30 u oblicua). La aplicación de tensión mecánica a una estructura biológica puede ser por tanto mejorada debido a la ausencia de otro tipo de tensiones mecánicas (i.e. verticales y/o oblicuas) sobre la estructura biológica.
5 Por otro lado, el extensímetro puede comprender medios de estimulación eléctrica de la estructura biológica. Estos medios de estimulación eléctrica pueden activarse de forma sincronizada con la aplicación de tensión longitudinal a la estructura biológica, y pueden permitir simular las reacciones de elementos vivos en elementos que no lo están. Por consiguiente, puede conseguirse una mejora en la funcionalidad del sistema. 5 En algunos ejemplos, el al menos un actuador (es decir, los medios de actuación del extensímetro) puede comprender al menos un solenoide. Los solenoides pueden trabajar con niveles de consumo de energía muy reducidos. Además, este tipo de dispositivos tienen un coste bajo, por lo que el dimensionamiento de la etapa de potencia eléctrica asociada al 10 extensímetro para estructuras biológicas puede ser reducido, así como el coste del mismo extensímetro. En otros ejemplos, el extensímetro puede comprender medios para controlar el solenoide por corriente (es decir, el solenoide puede estar controlado por corriente). La corriente 15 puede definirse como la variable de estado que determina la fuerza de tensión longitudinal aplicada por el elemento móvil. Además, el al menos un actuador puede estar adaptado para ejercer una fuerza de entre 0,98 mN y 980 mN. Las características físicas de los materiales biológicos pueden ser 20 fácilmente alterables ante movimientos bruscos y/o descontrolados. Por lo tanto, se ha determinado que los medios de actuación deben trabajar en rangos de actuación delimitados para evitar roturas y/o deformaciones no deseadas (en estructuras biológicas es necesario trabajar en rangos de fuerza muy específico debido al tipo de material a tratar). 25 En todavía otros ejemplos, el al menos un módulo de control puede comprender un controlador proporcional integral, el cual puede estar implementado mediante hardware. En este tipo de controladores, la acción de control es proporcional e integral del error respecto al valor deseado. En consecuencia, la acción correctiva de este controlador puede minimizar el error hasta que este se acerque a cero. En este módulo de control la consigna puede ser 30 una distancia. Por otro lado, el al menos un módulo de control puede comprender un controlador integral no lineal, el cual puede ser implementado mediante software. En este tipo de control, la
6 acción correctiva se ajusta progresivamente a la integral del error. Además, este control puede incluir un control de saturación que detiene el sumatorio integral. En este módulo de control la consigna puede ser una distancia o una fuerza, dependiendo del modo de trabajo deseado. Este tipo de control puede reducir la inestabilidad para acciones correctivas cercanas al punto de saturación del actuador, limitando el sumatorio o el cálculo de la 5 integral. De acuerdo con otros ejemplos, el tiempo de muestreo del controlador integral no lineal implementado por software puede ser de entre 40 y 60 milisegundos. 10 De acuerdo con aún otros ejemplos, el elemento móvil puede estar al menos en parte recubierto de un lubrificante de silicona para aumentar el rozamiento dinámico. La parte del elemento móvil que puede estar recubierta por el lubrificante de silicona puede ser aquella que está sometida a mayor fricción. La fricción puede ser determinada mediante simulaciones y/o estudios previos. El material lubrificante elegido puede ser un material con 15 alta viscosidad que pueda facilitar el hecho de igualar el rozamiento dinámico y el rozamiento estático y además pueda favorecer una transición más gradual entre ambos tipos de rozamiento. Por consiguiente, pueden minimizarse las roturas y deformaciones en el material y puede mejorarse la regulación del controlador. 20 En otros ejemplos, el extensímetro puede comprender un sistema de regulación de temperatura adaptado para regular la temperatura de la estructura biológica. De esta manera, la estructura biológica puede mantenerse en condiciones óptimas, incluso ante condiciones ambientales desfavorables. 25 Otros objetos, ventajas y características de realizaciones de la invención se pondrán de manifiesto para el experto en la materia a partir de la descripción, o se pueden aprender con la práctica de la invención. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS 30 A continuación se describirán realizaciones particulares de la presente invención a título de ejemplo no limitativo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:
7 La Figura 1 muestra un diagrama de bloques que representa un extensímetro para estructuras biológicas de acuerdo con algunos ejemplos; La Figura 2 es una representación gráfica de un extensímetro para estructuras biológicas de acuerdo con algunos ejemplos; 5 La Figura 3 es una representación de una sección de un extensímetro para estructuras biológicas, de acuerdo con algunos ejemplos; La Figura 4 es un diagrama de bloques que representa un extensímetro para estructuras 10 biológicas, según algunos ejemplos. EXPOSICIÓN DETALLADA DE MODOS DE REALIZACIÓN En la figura 1 se muestra un diagrama de bloques que representa los distintos bloques o 15 módulos comprendidos en un ejemplo de un extensímetro para estructuras biológicas 50. La figura 1 puede mostrar un soporte 1 fijo respecto al suelo de referencia donde se puede situar la estructura biológica 7. El soporte 1 puede tener forma rectangular y puede incluir cuatro elementos de apoyo (no mostrados) en la proximidad de los cuatro vértices de la 20 bandeja. Estos elementos de apoyo pueden mantener el soporte 1 substancialmente horizontal aunque otras alternativas para mantener el soporte horizontal son posibles. El soporte 1 puede estar formada por un material suficientemente pesado p.ej. acero o aluminio, para evitar que los elementos móviles de la estructura biológica transmitan vibraciones a la estructura biológica a medir. 25 En algunos ejemplos, el soporte puede estar calefactada p.ej. a 37 ºC. En consecuencia, esta alternativa resulta en una mejora en la conservación de las estructuras biológicas 7, y de esta forma, el riesgo de degradación celular, rotura y/o deformaciones de la estructura biológica 7 puede ser reducido. 30 Alternativamente, el soporte 1 puede tener una parte rebajada para retener líquido p.ej. una vasija o una cubeta, además, puede estar provisto un elemento de inmersión (no mostrado) para mantener la estructura biológica en el interior de la parte rebajada para retener líquido.
8 El hecho que el soporte 1 pueda contener líquido en su interior en la parte rebajada puede facilitar mantener las células activas y/o aplicar una corriente de estímulo de la estructura biológica. La estructura biológica 7 puede estar sujeta al soporte 1 mediante un primer y un segundo 5 elemento de sujeción (no mostrados). En algunas implementaciones, los dos elementos de sujeción (no mostrados) pueden estar unidos por medio de un primer y un segundo medio de acoplamiento eléctrico a un medio de estimulación eléctrica (no mostrados). El medio de estimulación eléctrica puede permitir conseguir simular las reacciones de elementos vivos en elementos que no lo están y, por lo tanto, la funcionalidad del sistema puede ser 10 mejorada. El bloque 2 y el bloque 3 pueden representar dos medios de actuación p.ej. solenoides de bajo rozamiento, como el NAFSA ERC35/C, que pueden llevar a cabo una fuerza sobre la estructura biológica 7. La precisión de la medida de fuerza en un medio de actuación puede 15 ser de 50 µN y el rango de fuerzas puede ser de 0,98 mN hasta 980 mN. Los bloques 2 y 3 pueden estar sujetados a una galga 40. La galga 40 puede formar parte de la electrónica de adquisición y control 5. 20 La estructura biológica 7 puede ser un nervio ciático, este tipo de estructuras pueden ser especialmente sensibles a elongaciones, y por lo tanto, la fuerza máxima ejercida por los medios de actuación (bloques 2 y 3) puede estar limitada en un rango de 0,98 mN a 980mN El control de los medios de actuación (bloques 2 y 3) puede ser implementado por corriente, 25 la fuerza ejercida por cada medio de actuación puede estar, por lo tanto, determinada por la corriente como variable de estado del sistema. Los dos medios de actuación pueden estar conectados a un extremo distal de un primer medio de transmisión. 30 Los medios de actuación 2 y 3 pueden estar conectados en su parte fija a una galga extensiométrica 40 que mide en todo momento la fuerza ejercida por el sistema sobre la estructura biológica y que puede permitir realizar un control sobre los medios de actuación 2 y 3 donde la consigna puede ser la fuerza aplicada.
9 El bloque 11 representa un elemento móvil p.ej. un brazo elongado que puede estar unido a los medios de actuación 2 y 3, el elemento móvil 11 puede tener un retenedor (no mostrado) en un extremo distal para sujetar la estructura biológica 7. Los bloques 2 y 3 pueden ser medios de actuación configurados para aplicar una fuerza sobre el elemento móvil. De esta 5 manera, puede ser llevado a cabo el estiramiento de la estructura biológica 7. El elemento móvil 11 puede tener una forma elongada pero, dentro del ámbito de protección de la patente, otras formas conocidas por la figura del experto en la materia pueden ser utilizadas. 10 El bloque 4 puede comprender un transductor inductivo. Con el objetivo de convertir las deformaciones en señales eléctricas el transductor 4 puede estar provisto de una célula de carga p.ej.1004-00.3-JW00-RS para medir la fuerza aplicada (no mostrada). Además, con el objetivo de medir la deformación con gran precisión el transductor 4 puede estar provisto de 15 un micrómetro p.ej. TLM-005-001-477-201 (no mostrado). El transductor 4 puede ser del tipo LVDT, los transductores LVDT pueden estar basados en medidas inductivas, el principio inductivo puede ser un transformador de núcleo variable que puede provocar una variación de la inducción entre primario y secundario y, por lo tanto, puede producir un cambio en la señal de salida que puede ser proporcional a un desplazamiento, sin necesidad de que se 20 produzca fricción entre dos elementos. El transductor 4 puede medir el desplazamiento del elemento móvil (bloque 11). Un segundo medio de transmisión puede estar conectado en un extremo distal al transductor 4. 25 Lo elementos 2, 3 y 4 pueden ser construidos con elementos ligeros e.g. aluminio o metacrilato en consecuencia, el peso de estos disminuirá, y por lo tanto, la frecuencia característica del sistema en movimiento cuando el extensímetro para estructuras biológicas se encuentre en funcionamiento aumentará (p.ej. 35Hz). Además, las oscilaciones del sistema pueden ser eliminadas por medio de una electrónica de adquisición y control 5 que 30 límite la frecuencia de la señal. El bloque 5 representa la electrónica de adquisición y control, el bloque 5 puede comprender un medio de adquisición de datos y control (representada por el bloque 9), tales como p.ej.
10una tarjeta de adquisición NI USB-6009OEM que puede comprender 8 entradas analógicas, 2 salidas analógicas y 12 entradas/salidas digitales. El transductor 4 puede medir la deformación de la estructura biológica 7. El segundo elemento de transmisión puede estar conectado en un extremo distal al transductor 4 y en 5 otro extremo distal al medio de adquisición y control 9 .La señal eléctrica correspondiente a la deformación puede ser transmitida a través del segundo medio de transmisión. Los medios de actuación (bloques 2 y 3) pueden llevar a cabo una fuerza para extender la estructura biológica 7. Cada medio puede ejercer dicha fuerza independientemente en cualquier dirección. El primer medio de transmisión puede estar conectado en un extremo 10 distal a los medios de actuación (bloques 2 y 3) y en otro extremo distal al medio de adquisición y control 9. La señal eléctrica correspondiente a la actuación sobre la estructura biológica puede ser transmitida a través del primer medio de transmisión. El medio de actuación 2 puede ejercer fuerza hacia un lado y el medio de actuación 3 puede ejercer una fuerza hacia el opuesto, el medio de adquisición y control 5 puede encargarse de rectificar la 15 señal de actuación para que esta se ejerza adecuadamente. El bloque 5 también puede comprender el bloque 8, este bloque representa el módulo de control hardware proporcional integral y un módulo de control integral no lineal software. El control puede ser implementado a través de un control en lazo cerrado. En este tipo de 20 control en lazo cerrado la acción de control puede depender de la salida de los transductores 4 comparados con una señal generada por el dispositivo informático 6 p.ej. señal triangular y/o senoidal. El tiempo de muestreo del control integral no lineal software De esta manera, la fuerza ejercida por los medios de actuación 2 y 3 puede ser modificada 25 en función del desplazamiento del transductor 4 y por lo tanto el control sobre la estructura puede ser mejorado, aumentando la precisión del extensímetro y reduciendo el riesgo de roturas y/o elongaciones no deseadas. Además, el rozamiento dinámico de la estructura biológica 7 y el rozamiento estático de la estructura biológica 7 pueden ser igualados y, por consiguiente, puede alcanzarse una transición más gradual entre ambos tipos de 30 rozamiento. En consecuencia, pueden reducirse las roturas y/o deformaciones en el material.
11El bloque 10, que también puede formar parte del bloque 5, representa un display analógico externo que puede mostrar valores asociados al control del sistema p.ej. fuerza ejercida por los bloques 2 y 3 y/o desplazamiento asociado a la deformación del material biológico 7 que puede ser suministrado por el transductor 4. En consecuencia, la operativa y la interacción con el sistema pueden ser mejoradas. 5 Además, la regulación de corriente puede ser necesaria, de este modo, pueden incluirse reguladores de corriente (no mostrados). El bloque 6 representa un dispositivo informático que puede tener un programa informático especializado en la adquisición de datos y control. El bloque 6 puede estar conectado a la 10 electrónica mediante un bus universal en serie (USB). El bloque 6 puede dar instrucciones para que el controlador (bloque 5) modifique la corriente que circula por los bloques 2 y 3, de esta manera, la fuerza de tensión y elongación ejercida sobre la estructura biológica 7 puede ser regulada siguiendo diferentes patrones 15 El bloque 18 representa un sistema de regulación de temperatura, este sistema puede permitir mantener la estructura biológica bajo ciertos parámetros de temperatura y, por lo tanto, el estado de conservación de la estructura puede ser mejorado. La figura 2 muestra un ejemplo similar a la figura 1. En esta figura los mismos números de referencia denotan los mismos elementos que la figura 1. 20 En la figura 3 se muestra una sección transversal de una representación de un extensímetro para estructuras biológicas de acuerdo a una realización de la invención. El soporte 1 puede estar definido con un borde rebajado, de esta manera, una parte del soporte puede ser configurado como un medio de almacenamiento de todo tipo de líquidos p.ej. agua 14. Una 25 primera parte de la estructura biológica 7a puede estar sumergida en el líquido 14 almacenado en la zona del soporte configurada con los rebajes 1a y una segunda parte de la estructura biológica 7b puede permanecer seca en la zona no rebajada del soporte 1b. De esta manera, la estructura biológica 7b puede ser humedecida y el comportamiento del material ante posibles rozaduras puede verse mejorado. 30 El elemento 11 puede representar un elemento móvil, el elemento 11 puede tener una forma elongada. En el extremo distal del elemento móvil puede tener acoplado un retenedor 12. El
12retenedor 12 puede tener una forma alargada pero, dentro del ámbito de protección de la patente, otras formas conocidas por la figura del experto en la materia pueden ser utilizadas. El retenedor puede fijar la estructura biológica 7 y, por lo tanto, la elongación de la estructura biológica se puede ver facilitada. El elemento 11 puede moverse de una manera substancialmente paralela en relación al soporte 1 y, por consiguiente, la estructura 5 biológica es extendida mediante una fuerza aplicada por el elemento 11. En algunas implementaciones, la primera parte de la estructura biológica puede permanecer sumergida en el líquido por medio de un elemento de inmersión13 p.ej. una pieza de teflón cónica que ayuda a mantener la primera parte de la estructura biológica sumergida 7a. De 10 esta manera, se evita que partes de la estructura salgan del líquido de manera no deseada. El algunas otras implementaciones, unos elementos de sujeción (no mostrados) pueden sujetar la estructura biológica 7. 15 En la figura 4 se muestra un diagrama de bloques que representa distintos bloques o módulos comprendidos en un ejemplo de un extensímetro para estructuras biológicas que puede incluir un medio de estimulación eléctrica 16. Este medio de estimulación eléctrica puede ir unido a un primer elemento de sujeción 15a y 20 a un segundo elemento de sujeción 15b mediante un primer medio de acoplamiento eléctrico 17a y un segundo medio de acoplamiento eléctrico 17b. Los elementos de sujeción 15a, 15b puede sujetar la estructura biológica 7, los medios de sujeción pueden estar compuestos por materiales conductores de la electricidad p.ej. metales de esta manera, pueden llevar a cabo la doble función de sujetar la estructura biológica 7 y conducir los 25 breves impulsos eléctricos generados por el medio de estimulación eléctrica 16 hacia la estructura biológica 7. Por lo tanto, el circuito eléctrico se cierra y la estructura biológica 7 puede ser estimulada eléctricamente y, por lo tanto, simulaciones de reacciones de elementos vivos en elementos que no los están pueden ser conseguidas y, por consiguiente, la funcionalidad del sistema puede ser mejorada. 30 Alternativamente, los elementos de sujeción 15a y 15b pueden estar situados en un medio acuoso (no mostrado). Además, uno o más electrodos de medición (no mostrados) también
13pueden incluirse. De esta manera, la electricidad (utilizando métodos electrofisiológicos de conducción) puede ser conducida a la estructura biológica. A pesar de que se han descrito aquí sólo algunas realizaciones y ejemplos particulares de la invención, el experto en la materia comprenderá que son posibles otras realizaciones 5 alternativas y/o usos de la invención, así como modificaciones obvias y elementos equivalentes. Además, la presente invención abarca todas las posibles combinaciones de las realizaciones concretas que se han descrito. Los signos numéricos relativos a los dibujos y colocados entre paréntesis en una reivindicación son solamente para intentar aumentar la comprensión de la reivindicación, y no deben ser interpretados como limitantes del alcance 10 de la protección de la reivindicación. El alcance de la presente invención no debe limitarse a realizaciones concretas, sino que debe ser determinado únicamente por una lectura apropiada de las reivindicaciones adjuntas.
2 DESCRIPTION Extensimeter for biological structures This description refers to extensimeters for biological structures. In addition, the description also refers to control procedures for extensimeters. STATE OF THE PREVIOUS TECHNIQUE Extensimeters are applied in the state of the art that apply a tensile force and measure the deformation on a material based on this applied tensile force. For example, WO9816795 describes an extensometer that measures the change in the distance that the material extends when a tensile force is applied. This extensometer has a first and second arms and a rigid support. A first hinge allows the pivot of the first arm and a second hinge the pivot of the second arm. However, known extensimeters have different limitations that make their application in biological structures not entirely satisfactory and reliable. 20 A first problem with this type of device may be the lack of control of the longitudinal tensile force (especially, but not exclusively, in the range 0.98 mN to 980 mN where work is carried out in many biological applications). This lack of control can lead to a breakage of the biological material and / or unwanted deformations, as well as alterations in the deformation characteristics of the biological structures, the characteristics of the material being affected. A second problem may be based on the difficulty of guaranteeing the deformation of the material within parameters. 30 Another problem may be the appearance of frequencies that, in turn, cause the appearance of unwanted oscillations and that, consequently, can lead to breakage and / or deformation of the material.
3 Another problem may be the integration of an extensometer for biological structures with other measurement and result recording devices. Therefore, there is a need to obtain an extensometer for biological structures, which solves at least some of the aforementioned drawbacks. 5 EXPLANATION OF THE INVENTION In a first aspect, an extensometer for biological structures is provided. This extensometer comprises a support for the placement of the biological structure. The extensometer also comprises a movable element comprising at least one retainer for, in operation, to hold the biological structure located in the support. The extensometer further comprises at least one actuator that is coupled to the mobile element and is adapted to move the mobile element in a substantially parallel direction relative to the support. In addition, the extensometer comprises at least one inductive transducer adapted to measure a displacement of the moving element. The extensometer also comprises at least one control module connected to the mobile element, this control module being adapted to minimize the difference between a force that opposes the beginning of the movement of the mobile element (which could be understood as a static friction) and a force that opposes during the movement of the mobile element when the mobile element exerts a force on the biological structure (which could be understood as a dynamic friction). Thus, with the provision of the described control module it is possible to reduce the difference between static friction and dynamic friction, and consequently, reduce the possibility of breakage of the biological material and / or unwanted deformations during the elasticity measurement in biological structures The longitudinal tensile force applied by the mobile element can be found in the order of a few millinewtons and, consequently, the deformation of the structure of biological material can be found in the order of fractions of millimeters. As a result, the reduction of abrupt or uncontrolled movement of the mobile element is achieved, reducing the risk of breakage or elongation of the biological material.
4 Inductive transducers are devices of easy implementation, with very low friction, high resolution and sensitivity, as well as high temperature stability. Therefore, the use of inductive transducers in the extensometer makes it possible to improve the operation of the extensometer in the face of temperature changes, as well as to reduce the friction outside the biological structure itself. In addition, the mobile element can be made of methacrylate, which is a very resistant material with respect to its mass, which can allow the weight of the mobile element to be maintained at very low levels and, consequently, allows an increase in the resonance frequency 10 of the mobile element and the reduction of the quality factor Q of the resonant system. In this way, the chances of breakage and / or unwanted deformations in biological structures can also be reduced. According to some examples, the at least one retainer for securing the biological structure 15 may be provided at a distal end of the movable element. According to some examples, the extensometer holder may comprise a recessed portion configured to retain liquid, this recessed portion being adapted to maintain the biological structure at least partly submerged in the liquid. In this way, during the use of the extensometer, it is possible to submerge biological structures in liquid even in their most complex forms, in a simple way. According to other examples, the extensometer can comprise at least one immersion element adapted to keep at least part of the biological structure submerged in the liquid. According to other examples, the extensometer may comprise means for maintaining the support in a substantially horizontal position. In extensimeters for biological structures, the horizontal configuration of the support is critical compared to other configurations (eg vertical 30 or oblique). The application of mechanical stress to a biological structure can therefore be improved due to the absence of other types of mechanical stresses (i.e. vertical and / or oblique) on the biological structure.
5 On the other hand, the extensometer can comprise means of electrical stimulation of the biological structure. These electrical stimulation means can be activated synchronously with the application of longitudinal tension to the biological structure, and can allow simulating the reactions of living elements in elements that are not. Consequently, an improvement in the functionality of the system can be achieved. 5 In some examples, the at least one actuator (that is, the actuator means of the extensometer) may comprise at least one solenoid. Solenoids can work with very low energy consumption levels. In addition, these types of devices have a low cost, so that the dimensioning of the electric power stage associated with the extensometer for biological structures can be reduced, as well as the cost of the same extensometer. In other examples, the extensometer may comprise means for controlling the solenoid by current (ie, the solenoid may be controlled by current). The current 15 can be defined as the state variable that determines the longitudinal tensile force applied by the moving element. In addition, the at least one actuator can be adapted to exert a force of between 0.98 mN and 980 mN. The physical characteristics of biological materials can be easily altered by sudden and / or uncontrolled movements. Therefore, it has been determined that the means of action must work in delimited ranges of action to avoid breakage and / or unwanted deformations (in biological structures it is necessary to work in very specific ranges of force due to the type of material to be treated). In still other examples, the at least one control module may comprise an integral proportional controller, which may be implemented by hardware. In this type of controllers, the control action is proportional and integral of the error with respect to the desired value. Consequently, the corrective action of this controller can minimize the error until it approaches zero. In this control module the setpoint can be a distance. On the other hand, the at least one control module can comprise a non-linear integral controller, which can be implemented by software. In this type of control, the
6 corrective action is progressively adjusted to the integral of the error. In addition, this control may include a saturation control that stops the integral summation. In this control module the setpoint can be a distance or a force, depending on the desired working mode. This type of control can reduce instability for corrective actions close to the saturation point of the actuator, limiting the summation or the calculation of the integral. According to other examples, the sampling time of the non-linear integral controller implemented by software can be between 40 and 60 milliseconds. 10 According to still other examples, the movable element may be at least partly coated with a silicone lubricant to increase dynamic friction. The part of the mobile element that may be coated by the silicone lubricant may be that which is subjected to greater friction. Friction can be determined by simulations and / or previous studies. The lubricating material chosen can be a material with high viscosity that can facilitate the equalization of dynamic friction and static friction and can also favor a more gradual transition between both types of friction. Consequently, breakages and deformations in the material can be minimized and the regulation of the controller can be improved. In other examples, the extensometer may comprise a temperature regulation system adapted to regulate the temperature of the biological structure. In this way, the biological structure can be maintained in optimal conditions, even under unfavorable environmental conditions. Other objects, advantages and features of embodiments of the invention will be apparent to the person skilled in the art from the description, or can be learned with the practice of the invention. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS 30 Particular embodiments of the present invention will be described by way of non-limiting example, with reference to the accompanying drawings, in which:
7 Figure 1 shows a block diagram representing an extensometer for biological structures according to some examples; Figure 2 is a graphical representation of an extensometer for biological structures according to some examples; 5 Figure 3 is a representation of a section of an extensometer for biological structures, according to some examples; Figure 4 is a block diagram showing an extensometer for biological structures, according to some examples. DETAILED EXHIBITION OF EMBODIMENT MODES Figure 1 shows a block diagram representing the different blocks or 15 modules comprised in an example of an extensometer for biological structures 50. Figure 1 can show a fixed support 1 relative to the reference floor where the biological structure 7 can be located. The support 1 can be rectangular in shape and can include four support elements (not shown) in the vicinity of the four vertices of the tray. These support elements can keep the support 1 substantially horizontal although other alternatives to maintain the horizontal support are possible. The support 1 may be formed of a sufficiently heavy material, eg steel or aluminum, to prevent the mobile elements of the biological structure from transmitting vibrations to the biological structure to be measured. In some examples, the support may be heated eg at 37 ° C. Consequently, this alternative results in an improvement in the conservation of biological structures 7, and in this way, the risk of cell degradation, breakage and / or deformations of the biological structure 7 can be reduced. Alternatively, the support 1 may have a recessed part for retaining liquid eg a vessel or a bucket, in addition, an immersion element (not shown) may be provided to maintain the biological structure inside the recessed portion for retain liquid
8 The fact that the support 1 can contain liquid inside it in the recessed part can facilitate keeping the cells active and / or applying a stimulus current of the biological structure. The biological structure 7 can be attached to the support 1 by a first and a second fastener (not shown). In some implementations, the two fasteners (not shown) may be connected by means of a first and second electrical coupling means to an electrical stimulation means (not shown). The means of electrical stimulation can make it possible to simulate the reactions of living elements in elements that are not and, therefore, the functionality of the system can be improved. Block 2 and block 3 can represent two actuation means eg low friction solenoids, such as the NAFSA ERC35 / C, which can carry out a force on the biological structure 7. The precision of the force measurement in an actuation means may be 50 µN and the force range may be 0.98 mN to 980 mN. Blocks 2 and 3 may be attached to a gauge 40. The gauge 40 may be part of the acquisition and control electronics 5. 20 The biological structure 7 may be a sciatic nerve, such structures may be especially sensitive to elongations, and therefore, the maximum force exerted by the actuation means (blocks 2 and 3) can be limited in a range of 0.98 mN to 980mN The control of the actuation means (blocks 2 and 3) can be implemented by current, the force exerted by each actuation means can therefore be determined by the current as a system state variable. The two actuating means may be connected to a distal end of a first transmission means. 30 The actuation means 2 and 3 can be connected in their fixed part to an extensiometric gauge 40 which measures at all times the force exerted by the system on the biological structure and which can allow control over the actuation means 2 and 3 where the slogan can be the force applied.
9 Block 11 represents a mobile element eg an elongated arm that can be attached to actuation means 2 and 3, the mobile element 11 can have a retainer (not shown) at a distal end to hold the biological structure 7 Blocks 2 and 3 may be actuation means configured to apply a force on the moving element. In this way, the stretching of the biological structure 7 can be carried out. The mobile element 11 may have an elongated shape but, within the scope of patent protection, other shapes known to the person skilled in the art may be used 10 Block 4 may comprise an inductive transducer. In order to convert the deformations into electrical signals, the transducer 4 can be provided with a load cell e.g. 1004-00.3-JW00-RS to measure the applied force (not shown). In addition, in order to measure the deformation with great precision the transducer 4 may be provided with a micrometer eg TLM-005-001-477-201 (not shown). The transducer 4 can be of the LVDT type, the LVDT transducers can be based on inductive measurements, the inductive principle can be a variable core transformer that can cause a variation of the induction between primary and secondary and, therefore, can produce a change in the output signal that can be proportional to a displacement, without the need for friction between two elements. The transducer 4 can measure the displacement of the moving element (block 11). A second transmission means may be connected at one end distal to transducer 4. 25 Elements 2, 3 and 4 may be constructed with light elements e.g. aluminum or methacrylate accordingly, the weight of these will decrease, and therefore, the characteristic frequency of the moving system when the extensometer for biological structures is in operation will increase (eg 35Hz). In addition, the oscillations of the system can be eliminated by means of an acquisition and control electronics that limit the frequency of the signal. Block 5 represents the acquisition and control electronics, block 5 may comprise a means of data acquisition and control (represented by block 9), such as e.g.
10A NI USB-6009OEM acquisition card that can comprise 8 analog inputs, 2 analog outputs and 12 digital inputs / outputs. The transducer 4 can measure the deformation of the biological structure 7. The second transmission element can be connected at one end distal to the transducer 4 and at another end distal to the acquisition and control means 9. The electrical signal corresponding to the deformation can be transmitted through the second transmission medium. The actuation means (blocks 2 and 3) can carry out a force to extend the biological structure 7. Each medium can exert said force independently in any direction. The first transmission means may be connected at one end 10 distal to the actuation means (blocks 2 and 3) and at another end distal to the acquisition and control means 9. The electrical signal corresponding to the action on the biological structure may be transmitted through the first transmission medium. The actuation means 2 can exert force towards one side and the actuation means 3 can exert a force towards the opposite, the acquisition and control means 5 can be responsible for rectifying the actuation signal so that it is properly exercised. Block 5 may also comprise block 8, this block represents the integral proportional hardware control module and a non-linear software integral control module. The control can be implemented through a closed loop control. In this type of closed loop control, the control action may depend on the output of the transducers 4 compared to a signal generated by the computing device 6 eg triangular and / or sinusoidal signal. The sampling time of the software nonlinear integral control In this way, the force exerted by the actuating means 2 and 3 can be modified 25 depending on the displacement of the transducer 4 and therefore the control over the structure can be improved, increasing the accuracy of the extensometer and reducing the risk of breakage and / or unwanted elongations. In addition, the dynamic friction of the biological structure 7 and the static friction of the biological structure 7 can be matched and, consequently, a more gradual transition between both types of friction can be achieved. Consequently, breakage and / or deformation in the material can be reduced.
11 Block 10, which can also be part of block 5, represents an external analog display that can show values associated with system control eg force exerted by blocks 2 and 3 and / or displacement associated with deformation of the biological material 7 that can be supplied by transducer 4. Consequently, the operation and interaction with the system can be improved. 5 In addition, current regulation may be necessary, thus, current regulators (not shown) may be included. Block 6 represents a computer device that can have a computer program specialized in data acquisition and control. Block 6 can be connected to the electronics via a universal serial bus (USB). Block 6 can instruct the controller (block 5) to modify the current flowing through blocks 2 and 3, in this way, the tension and elongation force exerted on the biological structure 7 can be regulated according to different patterns. block 18 represents a temperature regulation system, this system can allow to maintain the biological structure under certain temperature parameters and, therefore, the state of conservation of the structure can be improved. Figure 2 shows an example similar to Figure 1. In this figure the same reference numbers denote the same elements as Figure 1. 20 Figure 3 shows a cross section of a representation of an extensometer for biological structures according to an embodiment of the invention. The support 1 can be defined with a lowered edge, in this way, a part of the support can be configured as a storage medium for all types of liquids eg water 14. A first part of the biological structure 7a can be submerged in the liquid 14 stored in the area of the support configured with the recesses 1a and a second part of the biological structure 7b can remain dry in the area not lowered of the support 1b. In this way, the biological structure 7b can be moistened and the behavior of the material before possible chafing can be improved. 30 Element 11 may represent a moving element, element 11 may have an elongated shape. A retainer 12 can be attached to the distal end of the movable element.
12 retainer 12 may have an elongated shape but, within the scope of patent protection, other shapes known to the person skilled in the art may be used. The retainer can fix the biological structure 7 and, therefore, elongation of the biological structure can be facilitated. The element 11 can move in a substantially parallel manner in relation to the support 1 and, therefore, the biological structure 5 is extended by a force applied by the element 11. In some implementations, the first part of the biological structure can remain submerged in the liquid by means of an immersion element13 eg a piece of conical Teflon that helps to maintain the first part of the submerged biological structure 7a. In this way, parts of the structure are prevented from leaving the liquid in an undesirable manner. In some other implementations, fasteners (not shown) can hold the biological structure 7. 15 In Figure 4 a block diagram is shown representing different blocks or modules comprised in an example of an extensometer for biological structures that may include an electrical stimulation means 16. This electrical stimulation means can be connected to a first fastener 15a and 20 to a second fastener 15b by means of a first electrical coupling means 17a and a second electrical coupling means 17b. The fasteners 15a, 15b can hold the biological structure 7, the fasteners can be composed of electrically conductive materials eg metals in this way, they can carry out the dual function of fastening the biological structure 7 and conduct the 25 brief electrical impulses generated by the electrical stimulation means 16 towards the biological structure 7. Therefore, the electrical circuit is closed and the biological structure 7 can be electrically stimulated and, therefore, simulations of reactions of living elements elements that are not available can be achieved and, consequently, the functionality of the system can be improved. Alternatively, the fasteners 15a and 15b may be located in an aqueous medium (not shown). In addition, one or more measuring electrodes (not shown) also
13can be included. In this way, electricity (using electrophysiological conduction methods) can be conducted to the biological structure. Although only some particular embodiments and examples of the invention have been described herein, the person skilled in the art will understand that other alternative embodiments and / or uses of the invention are possible, as well as obvious modifications and equivalent elements. In addition, the present invention encompasses all possible combinations of the specific embodiments that have been described. The numerical signs relating to the drawings and placed in parentheses in a claim are only intended to increase the understanding of the claim, and should not be construed as limiting the scope of the protection of the claim. The scope of the present invention should not be limited to specific embodiments, but should be determined only by an appropriate reading of the appended claims.