FR3051562B3 - Systeme de stimulation par ultrasons d'un echantillon in vitro - Google Patents

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Abstract

Description d'un système de stimulation par ultrasons d'un échantillon in vitro. Le système comprend un générateur d'ultrasons (1), un dispositif (2) de contrôle optique, un élément (4) opto-transparent /acousto-réfléchissant et un récipient (3) d'au moins un échantillon. Le générateur d'ultrasons (1) est configuré pour générer un faisceau de stimulation à ultrasons (US_BM_s). Le dispositif de contrôle optique (2) est configuré pour acquérir en temps réel au moins une image représentative de l'échantillon dans le récipient lors d'une expérience de stimulation par ultrasons. L'élément opto-transparent/acousto-réfléchissant (4) est configuré pour recevoir le faisceau de stimulation à ultrasons (US_BM_s) et générer à partir de celui-ci un faisceau d'ultrasons réfléchi (US_BM_r) par l'intermédiaire de la réflexion du faisceau de stimulation à ultrasons sur l'élément opto-transparent/acousto-réfléchissant (4), dans lequel le faisceau d'ultrasons réfléchi (US_BM_r) comporte une direction de propagation substantiellement perpendiculaire à un plan de disposition du récipient. L'élément opto-transparent/acousto-réfléchissant (4) est en outre configuré pour recevoir et transmettre un faisceau optique (FO_i) se propageant dans la direction (A) à partir de l'échantillon vers le dispositif de contrôle optique (2) en traversant l'élément opto-transparent/acousto-réfléchissant (4), dans lequel la direction de propagation de la partie du faisceau optique comprise entre l'échantillon et l'élément opto-transparent /acousto-réfléchissant est substantiellement perpendiculaire au plan de disposition du récipient.

Description

DESCRIPTION « Système de stimulation par ultrasons d’un échantillon in vitro » ★★★★★★★
Domaine d’application technique de l’invention
La présente invention concerne, en général, le secteur du contrôled’un échantillon in vitro.
Plus particulièrement, la présente invention concerne un systèmej de stimulation par ultrasons de l’échantillon in vitro. État antérieur de la technique L’utilisation des ultrasons pour effectuer la stimulation in vitrod’échantillons biologiques (cellules, tissus) et non biologiques (parexemple, des vecteurs pour la délivrance de médicaments, matières à) modifier morphologiquement).
Le document de Prentice P. et autres, « Membrane disruption byoptically controlled microbubble cavitation», Nature Physics, 2005. 1(2),pages 107-110 décrit l’utilisation d’un transducteur à ultrasons focaliséincliné par rapport à l’échantillon et d’un objectif doté d’un plan de vuej parallèle au plan de l’échantillon. CN 202994664 décrit un dispositif comprenant un générateurd’ultrasons, un tube destiné à propager l’onde à ultrasons vers descellules en suspension ainsi qu’un fluoro-spectrophotomètre pour lecontrôle en temps réel des cellules en suspension. J La Requérante a observé que les techniques connues en matière de stimulation par ultrasons in vitro comportent au moins un desinconvénients suivants : l’exposition de l’échantillon aux ultrasons n’est ni homogène nicontrôlable avec précision, par conséquent, il n’est pas possible de5 déterminer avec précision la corrélation entre la dose du faisceaud’ultrasons et l’effet de la stimulation ; elles ne permettent pas de visualiser en temps réel et de façonoptimale une surface étendue de l’échantillon lors de la stimulation parultrasons, par conséquent, elles ne permettent pas d’acquérir uneconnaissance complète des événements se produisant lors del’exposition de l’échantillon aux ultrasons ; elles sont difficilement reproductibles ; la durée totale de l’expérience de stimulation par ultrasons estexcessive ; elles sont peu flexibles.
Bref résumé de l’invention
La présente invention concerne un système de stimulation par ultrasonsd’un échantillon in vitro qui comprend un générateur d’ultrasons, undispositif de contrôle optique, un élément opto-transparent/acousto-réfléchissant et un récipient d’au moins un échantillon, dans lequel : le générateur d’ultrasons est configuré pour générer un faisceau destimulation à ultrasons ; le dispositif de contrôle optique est configuré pour acquérir en tempsréel au moins une image représentative de l’échantillon dans lerécipient lors d’une expérience de stimulation par ultrasons ; l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant est configuré pour : • pour recevoir le faisceau de stimulation à ultrasons et générer àpartir de celui-ci un faisceau à ultrasons réfléchi par l’intermédiairede la réflexion du faisceau de stimulation à ultrasons sur l’élémentopto-transparent/acousto-réfléchissant, dans lequel le faisceaud’ultrasons réfléchi comporte une direction de propagationsubstantiellement perpendiculaire à un plan de disposition durécipient ; • recevoir et transmettre un faisceau optique se propageant dans ladirection à partir de l’échantillon vers le dispositif de contrôleoptique en traversant l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant, dans lequel la direction de propagation de la partie du faisceau optique comprise entre l’échantillon et l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant est substantiellementperpendiculaire au plan de disposition du récipient.
De manière avantageuse, le récipient comprend au moins un puits pourcontenir l’échantillon, dans lequel le dispositif de contrôle optique est placéau-dessus du plan de disposition de l’au moins un puits, et dans lequel ledispositif de contrôle optique comprenant un objectif définissant un axeoptique ayant une direction substantiellement perpendiculaire au plan dedisposition du puits.
Préférentiellement, l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant est unparallélépipède oblique, le parallélépipède oblique opto-transparent/acousto-réfléchissant comprenant une face formant un angle(a) égal à environ 45 degrés par rapport à la direction d’un axe desymétrie du générateur d’ultrasons,dans lequel : la direction de propagation du faisceau optique a une incidence sur laface du parallélépipède oblique ; le faisceau optique se propage en traversant ladite face et une partiede la substance interne au parallélépipède ; la direction de propagation du faisceau de stimulation à ultrasons aune incidence sur ladite face ; le faisceau de stimulation à ultrasons est réfléchi par leparallélépipède.
Dans un mode de réalisation, l’angle (β) compris entre la direction de l’axede symétrie du générateur d’ultrasons et la direction de l’axe optique dudispositif de contrôle est égal à environ 90 degrés.
Dans un développement, le parallélépipède opto-transparent/acousto-réfléchissant possède une épaisseur du même ordre de grandeur que la longueur d’onde du faisceau de stimulation à ultrasons et possède unesurface ayant une épaisseur inférieure d’un dixième de la longueur d’ondedu faisceau de stimulation à ultrasons, et dans lequel le volume interne du parallélépipède opto-transparent/acousto-réfléchissant contient une substance à l’état gazeuxet la surface est réalisée en matière plastique.
Avantageusement, l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant est deplus configuré pour recevoir et transmettre un faisceau optiquesupplémentaire qui se propage dans la direction à partir du dispositif decontrôle optique à l’échantillon en traversant l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant.
De manière préférentielle, le système comprend de plus une unité decontrôle configurée pour contrôler les valeurs de fréquence et d’intensitédu faisceau de stimulation à ultrasons et configurée pour contrôler ladurée de l’expérience de stimulation par ultrasons.
Dans un autre développement, le récipient comprend une pluralité de puitspour contenir une pluralité d’échantillons respectifs, dans lequel la pluralitéde puits est coulissante le long au moins d’une direction de déplacementet dans lequel le plan de disposition de la pluralité de puits estsubstantiellement perpendiculaire à la direction de propagation dufaisceau à ultrasons réfléchi, dans lequel l’unité de contrôle est de plus configurée pour contrôler ledéplacement du récipient le long au moins de la direction de déplacement.
Préférentiellement, le système comprend de plus un bassin de stimulationrempli d’un liquide, le bassin comprenant le générateur d’ultrasons,l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant et le récipient, et dans lequel le dispositif de contrôle optique est placé extérieurement au bassin de stimulation et comprend une partie reliée à une cloisonsupérieure du bassin de stimulation.
De manière avantageuse, le système comprend de plus des moyens dedéplacement pouvant déplacer le générateur d’ultrasons le long d’unedirection substantiellement parallèle au plan de disposition
La Requérante a discerné que le système de stimulation parultrasons en accord avec la présente invention comporte les avantagessuivants : il permet une exposition de l’échantillon aux ultrasons se révélanthomogène et contrôlable avec précision, par conséquent, il estpossible de déterminer avec précision la corrélation entre la dose dufaisceau à ultrasons et l’effet de la stimulation ; il permet de visualiser en temps réel et de façon optimale une surfaceétendue de l’échantillon lors de la stimulation par ultrasons, permettantainsi d’acquérir une connaissance complète des événements qui seproduisent lors de l’exposition de l’échantillon aux ultrasons ; il permet de reproduire facilement une expérience de stimulation parultrasons ; il réduit la durée totale de l’expérience de stimulation par ultrasons ; il est flexible.
Brève description des dessins D’autres caractéristiques et avantages de la présente inventiondécouleront sur la base de la description qui suit portant sur un mode deréalisation préféré et de ses variantes fourni à titre d’exemple en référenceaux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 indique schématiquement un schéma en blocs d’unsystème de stimulation par ultrasons d’un échantillon in vitro selon laprésente invention ; les figures 2A-2B indiquent respectivement une vue en section et enperspective du système de stimulation par ultrasons selon un mode deréalisation préféré de l’invention ; la figure 3 indique un mode de réalisation possible de l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant utilisé à l’intérieur du système destimulation par ultrasons selon la présente invention ; la figure 4 indique un mode de réalisation possible du récipient dematière à analyser en réalisant une expérience de stimulation parultrasons.
Description détaillée de l’invention
Nous observons que dans la description suivante, les blocs,composants ou modules identiques ou analogues sont indiqués dans lesfigures avec les mêmes références numériques, même s’ils sont indiquésdans différents modes de réalisation de l’invention.
En référence à la figure 1, celle-ci indique un schéma en blocs dusystème 50 de stimulation par ultrasons d’un échantillon in vitro selon laprésente invention.
Le système de stimulation par ultrasons 50 comprend : un générateur d’ultrasons 1 ; un récipient 3 ; un dispositif 2 de contrôle optique ; un élément 4 opto-transparent/acousto-réfléchissant ; un dispositif électronique de pilotage 11 ; une unité de contrôle 10 ; des premiers moyens de déplacement 8.
Le générateur d’ultrasons 1 possède la fonction de générer unfaisceau de stimulation à ultrasons US_BM_s, en fonction de la valeurd’un signal électrique de pilotage S_drv.
Le générateur d’ultrasons 1 est donc un transducteur qui convertitl’énergie électrique en énergie mécanique.
Les fréquences du faisceau de stimulation à ultrasons US_BM_ssont généralement comprises entre 20 KHz e 20 MHz.
De préférence, le générateur d’ultrasons 1 possède un diamètre D(voir figure 2A) ayant des valeurs comprises entre 3 mm et 60 mm.
Le récipient 3 possède la fonction de contenir au moins unéchantillon de matière à analyser, qui peut être de type biologique(cellules, tissus) ou de type non biologique (par exemple, des vecteurspour la délivrance de médicaments, matières à modifiermorphologiquement).
Le récipient 3 comprend au moins un puits 3-1 (voir figure 4), lequelest délimité par une surface inférieure substantiellement plane et par descloisons qui se prolongent de la surface inférieure selon une hauteur h,par exemple égale à 5 mm.
De préférence, la surface inférieure du puits 3-1 possède une formesubstantiellement circulaire ayant un diamètre d.
Dans ce cas, le diamètre D du générateur d’ultrasons 1 est choiside manière à garantir une exposition homogène de l’échantillon auxultrasons au moins dans une zone de diamètre d.
Le dispositif de contrôle optique 2 possède la fonction de permettrela visualisation en temps réel de l’échantillon à l’intérieur du récipient 3 lorsd’une expérience de stimulation par ultrasons.
En particulier, le dispositif de contrôle optique 2 est configuré pourrecevoir un faisceau optique FO_i représentatif des images de l’échantillonà l’intérieur du récipient 3 lors de l’expérience de stimulation par ultrasons.
Le dispositif de contrôle optique 2 est par exemple un desdispositifs suivants : un microscope optique à réflexion ; un microscope à caméra numérique (Hyrox) ; un microscope homofocal ; un microscope stéréoscopique ; une caméra vidéo.
Le système 50 est donc adaptable en toute souplesse à différentstypes de dispositif de contrôle optique 2 déjà disponibles dans lecommerce.
Le dispositif de contrôle optique 2 comprend un objectif 2-1 et l’ondéfinit l’axe optique A (indiqué à la figure 2A par une ligne en pointillés) del’objectif 2-1, la ligne droite perpendiculaire au centre du plan associé àl’objectif 2-1 ; par exemple, ledit plan est tangent au centre de la lentillesituée le plus à l’extérieur de l’objectif 2-1.
De préférence, la distance de travail WD entre l’objectif 2-1 dudispositif de contrôle optique 2 et l’échantillon dans le puits 3-1 durécipient 3 dépend du diamètre D du générateur d’ultrasons 1 et de lahauteur h du puits 3-1.
En particulier, pour pouvoir visualiser de manière optimaledifférentes sections de l’échantillon (c’est-à-dire, l’échantillon à différenteshauteurs), la distance de travail WD est augmentée de la distancecomprise entre l’objectif 2-1 du dispositif de contrôle optique 2 et lasurface supérieure du puits 3-1 du récipient 3 et de plus, celle-ci estdiminuée de la distance entre l’objectif 2-1 et la surface inférieure du puits3-1.
Plus particulièrement, en considérant une épaisseur du bassin destimulation 6 égale à 1 mm et une distance entre la face inférieure del’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant 4 et la surface supérieuredu puits 3-1 égale à 0,5 mm, la distance de travail WD possède desvaleurs comprises dans l’intervalle suivant :
L’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant 4 possède deuxpropriétés : une propriété optique de transparence qui permet la propagation aumoins d’un faisceau optique à partir de l’échantillon dans le récipient 3vers le dispositif de contrôle optique 2 en traversant l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant 4, avec une direction de propagation
du faisceau optique substantiellement perpendiculaire par rapport àl’échantillon dans le récipient 3 ; une propriété acoustique de réflexion permettant la réflexion surl’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant 4 du faisceau àultrasons incident et générant de celui-ci un faisceau à ultrasonsréfléchi ayant une incidence sur l’échantillon 3 avec une directionsubstantiellement perpendiculaire par rapport à l’échantillon dans lerécipient 3. L’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant 4 est au moinspartiellement réfléchissant au faisceau de stimulation à ultrasonsUS_BM_s généré par le générateur d’ultrasons 1.
En particulier, l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant 4est configuré pour recevoir le faisceau de stimulation à ultrasonsUS_BM_s et est configuré pour générer un faisceau à ultrasons réfléchiUS_BM_r obtenu au moyen de la réflexion plate du faisceau destimulation à ultrasons US_BM_s et de telle manière que la direction depropagation du faisceau à ultrasons réfléchi US_BM_r soitsubstantiellement perpendiculaire au plan de disposition du récipient 3 (enparticulier, le plan de disposition du puits 3-1) : de cette façon, l’échantillondans le puits 3-1 est frappé par le faisceau à ultrasons réfléchi US_BM_ret l’exposition de l’échantillon aux ultrasons est homogène et contrôlableavec précision.
Le plan de disposition est, par exemple, le plan horizontal.
De préférence, le centre du faisceau à ultrasons réfléchi US_BM_rest de nature à coïncider avec le centre du puits 3-1 à l’intérieur durécipient 3.
De plus, l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant 4 esttransparent par rapport à au moins un faisceau optique FO_i qui sepropage de l’échantillon dans le récipient 3 vers le dispositif de contrôleoptique 2 en traversant l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant 4.
En particulier, la direction de propagation du faisceau optique FO_iest substantiellement perpendiculaire au plan de disposition du récipient3 : de cette façon, il est possible de visualiser en temps réel et de manièreoptimale une zone étendue de l’échantillon lors de l’exposition del’échantillon aux ultrasons. L’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant 4 constitue doncune fenêtre à travers laquelle il est possible d’observer (grâce au dispositifde contrôle optique 2) l’échantillon dans le puits 3-1 du récipient 3, lors del’expérience de stimulation par ultrasons.
Autrement dit, un chemin optique sans obstacles se trouve entrel’échantillon dans le récipient 3 et le dispositif de contrôle optique 2, c’est-à-dire qu’il ne contient pas de surfaces étant optiquement réfléchissantes ;de plus le chemin optique est substantiellement rectiligne.
En particulier, ladite direction de propagation du faisceau optiqueFO_i substantiellement perpendiculaire au récipient 3 est obtenue aumoyen du dispositif de contrôle optique 2 comprenant l’objectif 2-1comportant un axe optique A avec une direction substantiellementparallèle à la direction de propagation du faisceau optique FO_i ;autrement dit, la direction de l’axe optique A de l’objectif 2-1 estsubstantiellement perpendiculaire au récipient 3 (en particulier, elle estsubstantiellement perpendiculaire à la surface supérieure du puits 3-1 durécipient 3).
De préférence, l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant 4est transparent aussi dans la direction à partir du dispositif de contrôleoptique 2 vers l’échantillon du récipient 3, de manière à ce quel’échantillon soit éclairé avec un faisceau optique supplémentaire sepropageant du dispositif de contrôle optique 2 vers l'échantillon entraversant l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant 4 : parconséquent, ledit faisceau optique supplémentaire comporte lui aussi unedirection de propagation étant substantiellement perpendiculaire àl’échantillon dans le récipient 3. L’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant 4 est donc enmême temps transparent au moins au faisceau optique incident etréfléchissant au faisceau à ultrasons.
Nous notons que la figure 1 indique que le chemin optique comprisentre l’échantillon dans le récipient 3 et le dispositif de contrôle optique 2est rectiligne, mais il est possible d’avoir aussi un chemin optique nonrectiligne en utilisant, par exemple, un ou plusieurs dispositifs optiquesréfléchissants (par exemple des miroirs), à condition que la direction de laportion de chemin optique comprise entre l’échantillon et l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant 4 soit substantiellement perpendiculaireau plan de disposition du récipient, de façon à visualiser une zoneétendue de l’échantillon lui-même.
De préférence, l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant 4 asubstantiellement la forme d’un parallélépipède oblique comme indiqué àla figure 3, dans lequel l’amplitude des angles formés par ses faces estégale à environ 45 degrés de manière à effectuer la réflexion du faisceaude stimulation à ultrasons US_BM_s et à générer de celui-ci, le faisceau àultrasons réfléchi US_BM_r ayant une direction de propagationsubstantiellement perpendiculaire à l’échantillon dans le puits 3-1 durécipient 3.
En particulier, les surfaces du parallélépipède sont composées d’unmatériau en plastique (par exemple du plexiglas) et l’intérieur duparallélépipède contient une substance à l’état gazeux (par exemple del’air). L’épaisseur de la surface du parallélépipède est très inférieure à lalongueur d’onde du faisceau de stimulation à ultrasons US_BM_s, parexemple, elle est inférieure d’un dixième de la longueur d’onde àultrasons, en particulier elle est égale à 40 pm : de cette manière, laréflexion de l’onde à ultrasons dépend principalement de la différenceentre l’impédance acoustique de l’élément dans lequel se propage lefaisceau de stimulation à ultrasons US_BM_s (par exemple, l’eau à l’intérieur d’un bassin de stimulation 6) et l’impédance acoustique del’élément à l’intérieur du parallélépipède (par exemple, l’air).
Alternativement, l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant 4est réalisé substantiellement sous forme d’un parallélépipède obliquecomposé d’un unique matériau pour les cloisons et pour l’intérieur (parexemple, de l’aérogel), de manière à disposer des propriétés optiques detransparence et acoustiques de réflexion illustrées ci-dessus.
De préférence, l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant 4en forme de parallélépipède oblique possède une épaisseur / et lefaisceau de stimulation à ultrasons US_BM_s possède une longueurd’onde égale à ka, où / > Àa/10.
Les dimensions de l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant4 (ou l’épaisseur /) sont au moins du même ordre de grandeur que lalongueur d’onde acoustique du faisceau de stimulation à ultrasonsUS_BM_i, afin de garantir une réflexion suffisante.
De préférence, l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant 4possède une réflectivité R inférieure de 15 % et un coefficient de réflexionY plus grand de 90 %, dans lequel : la réflectivité R est la quantité du faisceau optique étant réfléchie et estdéfinie par la formule R= [(n-1 )/(n+1 )]2, où n correspond à l’indice deréfraction du matériau dont est composé l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant 4 ; le coefficient de réflexion γ correspond au rapport entre l’intensité dufaisceau à ultrasons incident et le faisceau à ultrasons réfléchi et estdéfinie par la formule γ = [(Z2-Z-i)/ (Z2+Z-i)]2, où Zi, Z2 correspondentaux impédances acoustiques des matériaux constituant l’interface deréflexion.
Le dispositif électronique de pilotage 11 possède la fonction degénérer le signal électrique de pilotage S_drv pour piloter le générateurd’ultrasons 1.
En particulier, le dispositif électronique de pilotage 11 comprendune borne d’entrée pouvant recevoir un premier signal électrique deconfiguration S1_cfg indicatif de paramètres de configuration de lastimulation par ultrasons et comprend une borne de sortie pouvantgénérer le signal de pilotage S_drv, en fonction des valeurs du premiersignal électrique de configuration S1_cfg.
Le dispositif électronique de pilotage 11 est réalisé, par exemple,avec un générateur de formes d’onde et avec un amplificateur depuissance.
Les premiers moyens de déplacement 8 possèdent la fonction dedéplacer le générateur d’ultrasons 1 le long d’une directionsubstantiellement parallèle à la direction définie par la surface inférieuredu puits 3-1 dans le récipient 3.
Les premiers moyens de déplacement 8 comprennent, parexemple, un guide linéaire et des moyens de transmission appropriéspouvant effectuer un mouvement de coulissement du générateurd’ultrasons 1 le long du guide linéaire 8, de manière à varier la distanceentre le générateur d’ultrasons 1 et le dispositif de contrôle optique 2 (voir,par exemple, la distance a à la figure 2A).
De cette manière, avant une expérience de stimulation parultrasons, il est possible de déplacer le générateur d’ultrasons 1 demanière à frapper l’échantillon avec un faisceau à ultrasons connu, parexemple en termes d’intensité/de puissance. L’unité de contrôle 10 possède la fonction de contrôler lefonctionnement du dispositif de pilotage 11 et donc indirectement legénérateur d’ultrasons 1 de manière à générer le faisceau de stimulation àultrasons US_BM_s comportant des valeurs appropriées de fréquence etd’intensité et de manière à contrôler la durée de l’expérience destimulation.
En particulier, l’unité de contrôle 10 comprend une borne de sortiepouvant générer le premier signal électrique de configuration S1_cfg indicatif de paramètres de configuration de la stimulation par ultrasons,comme par exemple : la fréquence, l’intensité et le cycle de service du faisceau à ultrasonsgénéré par le générateur d’ultrasons 1 ; la durée de l’expérience de stimulation. L’unité de contrôle 10 possède de plus la fonction de contrôler lefonctionnement du dispositif de contrôle optique 2.
En particulier, l’unité de contrôle 10 comprend de plus une borned’entrée/de sortie pouvant générer un troisième signal électrique deconfiguration S3_cfg indicatif de paramètres de configuration del’acquisition optique et pouvant recevoir le troisième signal électrique deconfiguration S3_cfg transportant les images acquises de l’échantillon àanalyser.
En référence à la figure 2A, celle-ci indique une vue en section dusystème de stimulation par ultrasons 50.
Le système 50 comprend les dispositifs illustrés précédemment,c’est-à-dire le générateurs d’ultrasons 1, le récipient 3, le dispositif decontrôle optique 2, l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant 4, ledispositif électronique de pilotage 11, l’unité de contrôle 10 et les premiersmoyens de déplacement 8.
De plus, le système 50 comprend un bassin de stimulation 6, àl’intérieur duquel sont placés le générateur d’ultrasons 1, le récipient 3 etl’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant 4 ; en outre, le bassin destimulation 6 est rempli par un liquide, par exemple de l’eau dégazée.
Le bassin de stimulation 6 comprend de plus un absorbeur acoustique 5 ayant pour fonction de limiter les réflexions du faisceau à ultrasons vers l’échantillon dans le récipient 3.
De préférence, le système 50 comprend de plus un dispositif de recirculation de fluide 13 relié au bassin de stimulation 6 et ayant pour fonction de permettre la recirculation continue du fluide à l’intérieur du bassin de stimulation 6 de manière à contrôler la température et lepourcentage de gaz contenu dans le fluide.
De préférence, la surface inférieure du bassin de stimulation 6comprend un petit orifice dans lequel peut être inséré un hydrophoneayant pour fonction de relever la pression mécanique à l’intérieur durécipient 3. L’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant 4 comprend unepartie reliée à la cloison supérieure du bassin de stimulation 6.
Le dispositif de contrôle optique 2, le dispositif électronique depilotage 11 et l’unité de contrôle 10 sont en revanche placés à l’extérieurdu bassin de stimulation 6 ; en particulier, le dispositif de contrôle optique2 comprend une partie reliée à une cloison supérieure du bassin destimulation. L’axe optique A associé au dispositif de contrôle optique 2 (indiquépar une ligne en pointillés) coïncide avec la direction de propagation dufaisceau optique FO_i.
De plus, il est possible d’associer au générateur d’ultrasons 1 unaxe de symétrie B qui coïncide avec la direction de propagation dufaisceau de stimulation à ultrasons US_BM_s.
Il est possible d’observer que le dispositif de contrôle optique 2 estplacé au-dessus du plan de disposition du récipient 3.
Alternativement, le dispositif de contrôle optique 2 peut être placéen-dessous du plan de disposition.
Si vous envisagez d’utiliser un élément opto-transparent/acousto-réfléchissant 4 en forme de parallélépipède oblique, celui-ci comprend uneface 4b formant un angle a par rapport à la direction de l’axe de symétrieB du générateur d’ultrasons 1 étant égal à environ 45 degrés : cette valeurpermet de refléter le faisceau de stimulation à ultrasons US_BM_s dans lefaisceau à ultrasons réfléchi US_BM_r de façon à ce que ce dernier aitune incidence sur l’échantillon dans le récipient 3 avec une direction depropagation substantiellement perpendiculaire au plan de disposition du récipient 3, en obtenant donc une exposition homogène de l’échantillonaux ultrasons.
En outre, l’angle β compris entre la direction de l’axe de symétrie Bdu générateur d’ultrasons 1 et l’axe optique A du dispositif de contrôle 2est égal à environ 90 degrés : cette valeur permet la propagation dufaisceau optique FO_i de l’intérieur du récipient 3 à l’objectif 2-1 dudispositif de contrôle optique 2 en traversant la face 4b et une partie de lasubstance interne à l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant 4 demanière à ce que la direction de propagation du faisceau optique soitsubstantiellement perpendiculaire au plan de disposition du puits 3-1 durécipient 3, permettant ainsi de visualiser en temps réel et de façonoptimale une zone étendue de l’échantillon lors de l’exposition del’échantillon aux ultrasons.
De préférence, le système de stimulation par ultrasons 50comprend de plus une unité de déplacement 12 et des seconds moyensde déplacement 15 ; de plus, le récipient 3 comprend une pluralité de puits 3-1, 3-2, 3-3, ... comme indiqué à la figure 4, dans lequel les puits 3-1, 3-2, 3-3, ... sont alignés le long d’une direction de déplacement définie parles surfaces inférieures de la pluralité de puits 3-1, 3-2, 3-3, ... et peuventcoulisser le long au moins de la direction de déplacement. L’unité de déplacement 12 est, par exemple, un moteur électriqueet les seconds moyens de déplacement 15 comprennent, par exemple, unguide linéaire et des moyens de transmission appropriés pouvant effectuerau moins un mouvement de coulissement de la pluralité de puits 3-1, 3-2,3-3, ... le long du guide linéaire dans la direction de déplacement demanière à placer le puits contenant la matière à analyser au centre dufaisceau à ultrasons réfléchi US_BM_r et au centre du faisceau optiqueFO_i.
De préférence, le récipient 3 (et donc les puits 3-1, 3-2, 3-3, ...)sont mobiles le long de deux directions dans le plan de disposition.
Dans ce cas, l’unité de contrôle 10 possède la fonction ultérieure degénérer un second signal de configuration S2_cfg pour commander l’unitéde déplacement 12, laquelle à son tour génère un signal de déplacementS_mv pour contrôler les seconds moyens de déplacement 15 de manièreà translater la pluralité de puits 3-1, 3-2, 3-3, ... le long de la direction dedéplacement.
De préférence, en référence à la figure 4, le récipient 3 comprendune structure rigide 3-a contenant la pluralité de puits 3-1, 3-2, 3-3, ....
La structure 3-a est contenue à l’intérieur d’une membranesupérieure fine 3-b et d’une membrane inférieure fine 3-c, lesquelles sonttransparentes aux ultrasons et possèdent la fonction d’isoler la structure 3-a (et donc la matière contenue dans les puits 3-1, 3-2, 3-3, ...) du fluidecontenu dans le bassin de stimulation 6.
De préférence, les membranes 3-b, 3-c sont en polystyrène ayantune épaisseur d’environ 25 pm.
Les deux membranes 3-b, 3-c sont fixées à la structure 3-a aumoyen de bouchons 3-d respectifs réalisés de manière à former unencastrement et donc à lier les deux membranes 3-b, 3-c à la structure 3- a.
Nous allons maintenant décrire le fonctionnement du système destimulation par ultrasons 50, en faisant aussi référence aux figures 1, 2A,2B et 3.
Pour l’explication de l’invention, nous prenons en considération leshypothèses suivantes : l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant 4 est réalisé avec unparallélépipède, comme indiqué à la figure 3, ayant une surface 4bréfléchissant les ultrasons et inclinée de 45 degrés et ayant des facesformées de plexiglas et d’air à l’intérieur ; le dispositif de contrôle optique 2 est un microscope ayant un objectif2-1 avec axe optique A ; l’angle formé entre l’axe de symétrie B du générateur d’ultrasons 1 etla surface 4b est égal à 45 degrés ; l’angle formé entre l'axe optique A de l’objectif 2-1 et l’axe de symétrieB du générateur d’ultrasons 1 est égal à 90 degrés ; l’échantillon contenu dans le puits 3-1 du récipient 3 est un échantillonbiologique de cellules ; la position du récipient 3 est fixe ; le bassin de stimulation 6 est rempli d’eau ;
Au moment initial tO l’utilisateur règle la position du générateurd’ultrasons 1 par rapport à l’échantillon dans le puits 3-1.
Puis, l’utilisateur alimente le système de stimulation 50 et l’unité decontrôle 10 génère le premier signal électrique de configuration S1_cfgindicatif des paramètres de configuration de la stimulation par ultrasons,en particulier la fréquence d’ultrasons A, l’intensité Λ du faisceau destimulation à ultrasons US_BM_s et la durée T de l’expérience destimulation.
Le dispositif électronique de pilotage 11 reçoit le premier signalélectrique de configuration S1_cfg et génère à partir de celui-ci le signalélectrique de pilotage S_drv qui pilote le générateur d’ultrasons 1.
Le générateur d’ultrasons 1 reçoit le signal électrique de pilotageS_drv et génère, en fonction de celui-ci, le faisceau de stimulation àultrasons US_BM_s ayant la fréquence d’ultrasons Λ, l’intensité h et lecycle de service défini ; le faisceau de stimulation à ultrasons US_BM_sse propage donc de la sortie du générateur d’ultrasons 1 jusqu’auparallélépipède 4 de type opto-transparent/acousto-réfléchissant entraversant l’eau à l’intérieur du bassin de stimulation 6. À l’instant t1 (suivant tO, par exemple après quelques dizaines demicro-secondes) le faisceau de stimulation à ultrasons US_BM_s affectela face 4b du parallélépipède 4 opto-transparent/acousto-réfléchissant etest réfléchi par l’air contenu dans le parallélépipède 4, générant ainsi lefaisceau à ultrasons réfléchi US_BM_r.
Puis, le faisceau à ultrasons réfléchi US_BM_r frappe l’échantillonde cellules dans le puits 3-1 du récipient 3.
Simultanément, le faisceau optique FO_i représentatif de l’image del’échantillon de cellules se propage de l’échantillon de cellules auparallélépipède 4 opto-transparent/acousto-réfléchissant, traverse donc laface 4b et l’air à l’intérieur du volume du parallélépipède 4 opto-transparent/acousto-réfléchissant et enfin le faisceau optique FO_i atteintl’objectif 2-1. À l’instant t2 (suivant t1, par exemple après quelques dizaines demicro-secondes) l’utilisateur s’approche du microscope 2 et commencel’expérience de stimulation par ultrasons. L'œil de l’utilisateur reçoit le faisceau optique FO_i à travers lemicroscope 2 et observe en temps réel les phénomènes se produisant surles cellules, frappées par les ultrasons, de l’échantillon. À l’instant t3 l’utilisateur s’éloigne du microscope et terminel’expérience.

Claims (7)

  1. REVENDICATIONS
    1. Système (50) de stimulation par ultrasons d’un échantillon in vitro,le système comprenant un générateur d’ultrasons (1), un dispositif (2) decontrôle optique, un élément (4) opto-transparent/acousto-réfléchissant etun récipient (3) d’au moins un échantillon, dans lequel : le générateur d’ultrasons (1 ) est configuré pour générer un faisceau destimulation à ultrasons (US_BM_s) ; le dispositif de contrôle optique (2) est configuré pour acquérir entemps réel au moins une image représentative de l’échantillon dans lerécipient lors d’une expérience de stimulation par ultrasons ; l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant (4) est configurépour : • pour recevoir le faisceau de stimulation à ultrasons (US_BM_s) et générer à partir de celui-ci un faisceau à ultrasons réfléchi(US_BM_r) par l’intermédiaire de la réflexion du faisceau destimulation à ultrasons sur l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant (4), dans lequel le faisceau d’ultrasons réfléchi(US_BM_r) comporte une direction de propagation substantiellement perpendiculaire à un plan de disposition durécipient ; • recevoir et transmettre un faisceau optique (FO_i) se propageantdans la direction (A) à partir de l’échantillon vers le dispositif decontrôle optique (2) en traversant l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant (4), dans lequel la direction depropagation de la partie du faisceau optique comprise entrel’échantillon et l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissantest substantiellement perpendiculaire au plan de disposition durécipient.
  2. 2. Système (50) de stimulation par ultrasons selon la revendication 1,dans lequel le récipient comprend au moins un puits (3-1) pour contenirl’échantillon, dans lequel le dispositif de contrôle optique (2) est placé au-dessus duplan de disposition de l’au moins un puits, et dans lequel le dispositif de contrôle optique comprenant un objectif (2-1)définissant un axe optique (A) ayant une direction substantiellementperpendiculaire au plan de disposition du puits.
  3. 3. Système (50) de stimulation par ultrasons selon l’une quelconquedes revendications précédentes, dans lequel l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant (4) est un parallélépipède oblique, leparallélépipède oblique opto-transparent/acousto-réfléchissant (4)comprenant une face (4b) formant un angle (a) égal à environ 45 degréspar rapport à la direction d’un axe de symétrie (B) du générateurd’ultrasons (1), dans lequel : la direction de propagation (A) du faisceau optique (FO_i) a uneincidence sur la face (4b) du parallélépipède oblique ; le faisceau optique (FO_i) se propage en traversant ladite face et unepartie de la substance interne au parallélépipède ; la direction de propagation (B) du faisceau de stimulation à ultrasons aune incidence sur ladite face ; le faisceau de stimulation à ultrasons est réfléchi par leparallélépipède.
  4. 4. Système (50) de stimulation par ultrasons selon la revendicationprécédente, dans lequel l’angle (β) compris entre la direction de l’axe desymétrie (B) du générateur d’ultrasons (1) et la direction de l’axe optique(A) du dispositif de contrôle (2) est égal à environ 90 degrés. 5. Système (50) de stimulation par ultrasons selon les revendications3 ou 4, dans lequel le parallélépipède opto-transparent/acousto-réfléchissant (4) possède une épaisseur (/) du même ordre de grandeurque la longueur d’onde du faisceau de stimulation à ultrasons (US_BM_s)et possède une surface ayant une épaisseur inférieure d’un dixième de lalongueur d’onde du faisceau de stimulation à ultrasons (US_BM_s), et dans lequel le volume interne du parallélépipède opto-transparent/acousto-réfléchissant contient une substance à l’état gazeuxet la surface est réalisée en matière plastique.
  5. 6. Système (50) de stimulation par ultrasons selon l’une quelconquedes revendications précédentes, dans lequel l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant (4) est de plus configuré pour recevoir ettransmettre un faisceau optique supplémentaire qui se propage dans ladirection à partir du dispositif de contrôle optique (2) à l’échantillon entraversant l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant. 7. Système (50) de stimulation par ultrasons selon l’une quelconquedes revendications précédentes, comprenant de plus une unité decontrôle (10) configurée pour contrôler les valeurs de fréquence etd’intensité du faisceau de stimulation à ultrasons (US_BM_s) et configuréepour contrôler la durée de l’expérience de stimulation par ultrasons. 8. Système (50) de stimulation par ultrasons selon la revendicationprécédente, dans lequel le récipient (3) comprend une pluralité de puits (3-1, 3-2, 3-3) pour contenir une pluralité d’échantillons respectifs, danslequel la pluralité de puits est coulissante le long au moins d’une directionde déplacement et dans lequel le plan de disposition de la pluralité depuits est substantiellement perpendiculaire à la direction de propagationdu faisceau à ultrasons réfléchi (US_BM_r), dans lequel l’unité de contrôle est de plus configurée pour contrôler ledéplacement du récipient le long au moins de la direction de déplacement.
  6. 9. Système (50) de stimulation par ultrasons selon l’une quelconquedes revendications précédentes, comprenant de plus un bassin destimulation (6) rempli d’un liquide, le bassin comprenant le générateurd’ultrasons (1), l’élément opto-transparent/acousto-réfléchissant (4) et lerécipient (3), et dans lequel le dispositif de contrôle optique (2) est placé extérieurementau bassin de stimulation et comprend une partie reliée à une cloisonsupérieure du bassin de stimulation.
  7. 10. Système (50) de stimulation par ultrasons selon l’une quelconquedes revendications précédentes, comprenant de plus des moyens dedéplacement (8) pouvant déplacer le générateur d’ultrasons (1) le longd’une direction substantiellement parallèle au plan de disposition.
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