FR3090388A1 - Device for exposing a biological sample to at least one electromagnetic field and corresponding system. - Google Patents

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Katia Grenier
David Dubuc
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite Toulouse III Paul Sabatier
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite Toulouse III Paul Sabatier
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Abstract

Dispositif d’exposition d’échantillon biologique à au moins un champ électromagnétique et système correspondant. L’invention se rapporte à un dispositif d’application de champs électromagnétiques (PRF), dispositif comprenant : une plaque de circuit imprimé comprenant une face antérieure et une face postérieure ; au moins deux applicateurs de champ électromagnétique (AR), disposés sur la face antérieure de la plaque de circuit imprimé, lesdits au moins deux applicateurs de champ électromagnétique (AR) étant activables indépendamment, de sorte qu’ils produisent des champs électromagnétiques indépendants. [Fig 3Device for exposing a biological sample to at least one electromagnetic field and corresponding system. The invention relates to an electromagnetic field (PRF) application device, device comprising: a printed circuit board comprising an anterior face and a posterior face; at least two electromagnetic field (AR) applicators, arranged on the front face of the printed circuit board, said at least two electromagnetic field (AR) applicators being independently activatable, so that they produce independent electromagnetic fields. [Fig 3

Description

DescriptionDescription

Titre de l'invention : Dispositif d’exposition d’échantillon biologique à au moins un champ électromagnétique et système correspondant.Title of the invention: Device for exposing a biological sample to at least one electromagnetic field and corresponding system.

[0001] 1. Domaine1. Domain

[0002] L’invention se rapporte à l’étude d’échantillons biologiques. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à l’étude de l’effet d’ondes électromagnétiques sur des échantillons biologiques dans le cadre d’applications in vitro. L’invention se rapporte encore plus particulièrement à un dispositif d’applications d’ondes électromagnétiques sur des échantillons biologiques.The invention relates to the study of biological samples. More particularly, the invention relates to the study of the effect of electromagnetic waves on biological samples in the context of in vitro applications. The invention relates more particularly to a device for applying electromagnetic waves to biological samples.

1. Art Antérieur1. Prior Art

[0003] Les ondes électromagnétiques radiofréquences (RL) constituent des éléments omniprésents de notre environnement et vie quotidienne. Elles ne sont pas seulement employées dans les applications militaires, mais aussi largement utilisées dans notre vie quotidienne que ce soit pour des communications sans fil, des radars pour l'automobile, la domotique et la connexion et le transfert de données notamment dans le cadre des objets connectés en pleine expansion. L’impact de ces ondes sur la santé humaine reste cependant controversé, avec des études dont les résultats sont contradictoires et difficilement reproduits.Radiofrequency electromagnetic waves (RL) are ubiquitous elements of our environment and everyday life. They are not only used in military applications, but also widely used in our daily life whether for wireless communications, radars for the automobile, home automation and connection and data transfer especially in the context of connected objects in full expansion. The impact of these waves on human health remains controversial, however, with studies whose results are contradictory and difficult to reproduce.

[0004] Répondre à une telle problématique est d’autant plus complexe que ces ondes sont particulièrement variées, elles diffèrent en fréquence, puissance, type de signal, de modulation, et qu’elles font partie de notre environnement quotidien qui inclut également d’autres éléments potentiellement nuisibles dont les effets seuls peuvent être inoffensifs, mais devenir nocifs lorsque mis en synergie avec d’autres.Answering such a problem is all the more complex as these waves are particularly varied, they differ in frequency, power, type of signal, modulation, and they are part of our daily environment which also includes other potentially harmful elements whose effects alone can be harmless, but become harmful when put in synergy with others.

[0005] Jusqu’à présent, dans le domaine de la micro-dosimétrie, lorsque l’on souhaite étudier les conséquences de l’interaction entre champ électromagnétique et cellules biologiques, on utilise un système d’exposition composé d’une boite de Pétri et d’un montage avec une antenne directive permettant d’appliquer un champ électromagnétique sur la cible.So far, in the field of micro-dosimetry, when one wishes to study the consequences of the interaction between the electromagnetic field and biological cells, an exposure system composed of a petri dish is used and an assembly with a directive antenna making it possible to apply an electromagnetic field to the target.

[0006] Les inconvénients de ces dispositifs sont qu’ils sont trop spécifiques, variables d’une expérience à l’autre, avec les interactions non maîtrisées, sans cellules de référence témoin. La conséquence fâcheuse de ces bancs de test est que les mesures réalisées sont difficilement reproductibles et donc peu exploitables en termes de statistiques, voire en termes de confrontations pour en tirer des conclusions unanimes.The disadvantages of these devices are that they are too specific, variable from one experiment to another, with uncontrolled interactions, without control reference cells. The unfortunate consequence of these test benches is that the measurements carried out are difficult to reproduce and therefore not very usable in terms of statistics, even in terms of confrontations to draw unanimous conclusions.

[0007] Par exemple, une publication de Zhadobov « Near-Field Dosimetry for InVitro Exposure of Human Cellsat 60GHz » (2012) décrit un dispositif équipé d’un mono-puit et d’un guide d’onde en forme de cornet. Il s’agit dans cette expérience de l’application d’un champ électromagnétique « lointain ». Ce dispositif est complexe à mettre en œuvre et ne permet pas une reproductibilité aisée des expériences réalisées. D’autres dispositifs existent, qui sont destinés à l’étude d’échantillons biologiques de plus grande envergure, voire à des organismes vivants (Wang J., Fujiwara O., Imaida K., Shirai T. « A setup for small animal exposure to near fields to test a possible promoting effect on skin carcinogenesis of cellular telephones ». BEMS, St Paul, 2001, pp. 131-132.). Des systèmes d’exposition de type onde plane ont également été développés. Pour une exposition de type onde plane, on utilise le plus souvent une antenne cornet placée dans une chambre anéchoïque ou chambre HF. Des absorbants sont placés sur les murs de la chambre pour minimiser les réflexions et éviter les interférences avec l'extérieur. Des systèmes coûteux et complexes d’exposition en champs lointains sont également proposés comme dans lyama T., Ebara H., Tarusawa Y., et al. « Large scale in vitro experiment system for 2 GHz exposure'. Bioelectromagnetics”, vol. 25, 2004, p. 599-606. Le Système d'exposition in vitro pour exposer une grande surface de cultures biologiques présenté dans ce document ne permet pas de produire des séries de mesure et d’expérimentation facilement reproductibles.For example, a publication by Zhadobov "Near-Field Dosimetry for InVitro Exposure of Human Cellsat 60GHz" (2012) describes a device equipped with a single-well and a horn-shaped waveguide. This experiment involves the application of a "far" electromagnetic field. This device is complex to implement and does not allow easy reproducibility of the experiments carried out. Other devices exist, which are intended for the study of larger biological samples, or even living organisms (Wang J., Fujiwara O., Imaida K., Shirai T. "A setup for small animal exposure to near fields to test a possible promoting effect on skin carcinogenesis of cellular telephones. ”BEMS, St Paul, 2001, pp. 131-132.). Plane wave type exposure systems have also been developed. For a plane wave type exposure, a horn antenna is most often used placed in an anechoic room or HF room. Absorbents are placed on the walls of the room to minimize reflections and avoid interference with the outside. Expensive and complex far-field exposure systems are also proposed as in lyama T., Ebara H., Tarusawa Y., et al. 'Large scale in vitro experiment system for 2 GHz exposure'. Bioelectromagnetics ”, vol. 25, 2004, p. 599-606. The in vitro exposure system for exposing a large area of biological cultures presented in this document does not allow the production of easily reproducible series of measurements and experiments.

[0008] Ainsi, pour être en mesure de statuer clairement sur de potentiels effets (positifs pour application thérapeutique ou nocifs) dus à une exposition aux ondes radiofréquences, il existe un besoin de développer un instrument d’exposition aux ondes RF standardisé et calibré, de haut débit sur des échantillons biologiques (notamment des cellules humaines) qui soit simple et peu coûteux.[0008] Thus, in order to be able to rule clearly on potential effects (positive for therapeutic application or harmful) due to exposure to radiofrequency waves, there is a need to develop an instrument for exposure to RF waves standardized and calibrated, high speed on biological samples (including human cells) which is simple and inexpensive.

1. Résumé1. Summary

[0009] L’invention ne présente pas les inconvénients des systèmes antérieurs. L’invention se rapporte à un dispositif d’application de champs électromagnétiques dispositif comprenant :The invention does not have the drawbacks of previous systems. The invention relates to a device for applying electromagnetic fields device comprising:

- une plaque de circuit imprimé comprenant une face antérieure et une face postérieure ;- a printed circuit board comprising an anterior face and a posterior face;

- au moins deux applicateurs de champ électromagnétique, disposés sur la face antérieure de la plaque de circuit imprimé,- at least two electromagnetic field applicators, arranged on the front face of the printed circuit board,

- lesdits au moins deux applicateurs de champ électromagnétique étant activables indépendamment, de sorte qu’ils produisent des champs électromagnétiques indépendants.- said at least two electromagnetic field applicators being independently activatable, so that they produce independent electromagnetic fields.

[0010] Ainsi, il est possible d’utiliser le dispositif de champs électromagnétiques de l’invention pour produire un champ électromagnétique directement sous une plaque à puits comprenant des échantillons biologiques. Plus particulièrement, les champs électromagnétiques sont appliqués à au moins deux puits d’une plaque à puits. Les champs sont indépendants les uns des autres, par unité ou par groupe. Ils sont également potentiellement différentsThus, it is possible to use the electromagnetic field device of the invention to produce an electromagnetic field directly under a well plate comprising biological samples. More particularly, electromagnetic fields are applied to at least two wells of a well plate. The fields are independent of each other, by unit or by group. They are also potentially different

[0011] Selon l’invention, un applicateur de champ électromagnétique du dispositif se présente sous la forme d’un patch de technologie non limitative à coplanaire ou microstrip.According to the invention, an electromagnetic field applicator of the device is in the form of a non-limiting technology patch with coplanar or microstrip.

[0012] Selon un mode de réalisation particulier, lesdits au moins deux applicateurs de champ électromagnétique sont respectivement reliés à au moins deux connecteurs, lesdits deux connecteurs étant situés sur la face postérieure de ladite plaque de circuit imprimé.According to a particular embodiment, said at least two electromagnetic field applicators are respectively connected to at least two connectors, said two connectors being located on the rear face of said printed circuit board.

[0013] Ainsi, il est possible de transmettre les signaux qui génèrent les champs électromagnétiques par le dessous du dispositif, et donc permettre de disposer d’une face antérieure plane, qui peut venir en contact avec la base de la plaque à puits qui contient les échantillons biologiques à étudier.Thus, it is possible to transmit the signals which generate the electromagnetic fields from below the device, and therefore allow to have a flat front face, which can come into contact with the base of the well plate which contains the biological samples to be studied.

[0014] Selon une caractéristique particulière, un applicateur de champs électromagnétique comprend un condensateur plan.According to a particular characteristic, an electromagnetic field applicator comprises a planar capacitor.

[0015] Selon un mode de réalisation particulier, le condensateur plan d’un applicateur de champs comprend une partie centrale et une partie externe séparées l’une de l’autre d’une distance prédéterminée.According to a particular embodiment, the planar capacitor of a field applicator comprises a central part and an external part separated from each other by a predetermined distance.

[0016] Ainsi, il est possible de définir précisément le champ électromagnétique qui est appliqué.Thus, it is possible to precisely define the electromagnetic field which is applied.

[0017] Selon une caractéristique particulière, la partie centrale du condensateur plan prend la forme d’un disque.According to a particular characteristic, the central part of the planar capacitor takes the form of a disc.

[0018] Ainsi, il est possible d’adapter la surface du disque en fonction des caractéristiques du champ électromagnétique que l’on souhaite voir appliquer aux échantillons biologiques disposés dans la plaque à puits.Thus, it is possible to adapt the surface of the disc according to the characteristics of the electromagnetic field that one wishes to see applied to the biological samples placed in the well plate.

[0019] Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif d’application de champs électromagnétiques comprend une pluralité d’applicateurs de champ électromagnétique, chaque applicateur de champs électromagnétique étant positionné sur la plaque de circuit imprimé de sorte qu’il soit situé sous un puit d’une plaque à puits qui est placée sur la face antérieure dudit dispositif.According to a particular embodiment, the electromagnetic field application device comprises a plurality of electromagnetic field applicators, each electromagnetic field applicator being positioned on the printed circuit board so that it is located under a well of a well plate which is placed on the anterior face of said device.

[0020] Selon un mode de réalisation particulier, chaque applicateur de champ électromagnétique est séparé d’un applicateur de champ électromagnétique voisin d’une distance correspondant au moins à celle d’un puit d’une plaque à puits à laquelle le dispositif d’application de champs électromagnétiques est destiné à être rapporté.According to a particular embodiment, each electromagnetic field applicator is separated from a neighboring electromagnetic field applicator by a distance corresponding at least to that of a well of a well plate at which the device application of electromagnetic fields is intended to be reported.

[0021] Dans un autre mode de réalisation, l’invention se rapporte également à un système d’application de champs électromagnétiques. Un tel système comprend un dispositif d’application de champs électromagnétiques tel que défini précédemment et une plaque à puits dont la partie postérieure est positionnée sur la face antérieure du dispositif d’application de champs électromagnétiques.In another embodiment, the invention also relates to a system for applying electromagnetic fields. Such a system comprises an electromagnetic field application device as defined above and a well plate, the rear part of which is positioned on the front face of the electromagnetic field application device.

1. Illustrations1. Illustrations

[0022] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d’un mode de réalisation préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels : - [Fig IA] : illustre une face antérieure d’une plaque d’exposition selon l’invention ;Other characteristics and advantages of the invention will appear more clearly on reading the following description of a preferred embodiment, given by way of simple illustrative and nonlimiting example, and of the appended drawings, among which: - [Fig IA]: illustrates an anterior face of an exposure plate according to the invention;

- [Fig IB] : illustre une face postérieure d’une plaque d’exposition selon l’invention ;- [Fig IB]: illustrates a rear face of an exposure plate according to the invention;

- [Fig 2A] : illustre un système d’exposition selon l’invention;- [Fig 2A]: illustrates an exposure system according to the invention;

- [Fig 2B] : illustre un système d’exposition selon l’invention;- [Fig 2B]: illustrates an exposure system according to the invention;

- [Fig 2C] : est une autre vue du système d’exposition selon l’invention.- [Fig 2C]: is another view of the exposure system according to the invention.

- [Fig 3] : illustre un mode de réalisation d’un système d’exposition selon l’invention dans un mode de réalisation ;- [Fig 3]: illustrates an embodiment of an exposure system according to the invention in one embodiment;

- [Fig 4] : illustre un mode de réalisation d’une unité d’alimentation d’une plateforme RF selon l’invention ;- [Fig 4]: illustrates an embodiment of a power supply unit for an RF platform according to the invention;

- [Fig 5A] : illustre une vue antérieure d’un applicateur RF selon l’invention ;- [Fig 5A]: illustrates a previous view of an RF applicator according to the invention;

- [Fig 5B] : illustre une vue postérieure d’un applicateur RF selon l’invention.- [Fig 5B]: illustrates a rear view of an RF applicator according to the invention.

1. Exposé1. Presentation

1. Exposé des principes techniques1. Statement of technical principles

[0023] F’invention a pour objectif de répondre aux besoins de reproductibilité de résultats de recherche et d’étude portant sur l’exposition d’échantillons biologiques à des champs électromagnétiques. En lien avec la présentation de l’art antérieur, il a été décrit que les dispositifs existants ne permettent pas de mener des recherches et des études dont les résultats sont reproductibles, et donc ne permettent pas, par voie de conséquence, d’obtenir un consensus scientifique sur cette question, chaque étude tendant à exposer ses propres résultats sans nécessairement pouvoir comparer ceux-ci aux résultats obtenus par d’autres. Le problème technique à résoudre est donc de permettre la reproductibilité des recherches et études menées sur des échantillons biologiques exposés à des champs électromagnétiques, tout en garantissant la possibilité de produire des résultats à grande échelle.The aim of the invention is to meet the needs for reproducibility of research and study results relating to the exposure of biological samples to electromagnetic fields. In connection with the presentation of the prior art, it has been described that the existing devices do not make it possible to conduct research and studies the results of which are reproducible, and therefore do not, consequently, make it possible to obtain a scientific consensus on this question, each study tending to present its own results without necessarily being able to compare them with the results obtained by others. The technical problem to be solved is therefore to allow the reproducibility of research and studies carried out on biological samples exposed to electromagnetic fields, while guaranteeing the possibility of producing results on a large scale.

[0024] Pour résoudre ce problème, les inventeurs ont mis au point une plaque d’émission de champs électromagnétiques, également appelé plaque d’exposition. Cette plaque d’exposition se présente sous la forme d’une plaque de circuit imprimé, présentant une face antérieure et une face postérieure. La face antérieure de la plaque de circuit imprimé comprend au moins deux applicateurs de champ électromagnétique. Un applicateur de champs électromagnétiques (applicateur RF) selon l’invention se présente par exemple sous la forme d’un patch ou d’un microstrip ou d’une piste gravée sur la plaque de circuit imprimé à la manière d’un circuit imprimé classique. La plaque est dimensionnée pour répondre aux normes et spécifications en vigueur dans le secteur de la fabrication de matériels de culture biologique et microbiologique. Sur sa face postérieure, la plaque d’exposition comprend la circuiterie nécessaire à l’acheminement du signal vers les applicateurs RF situés en face antérieure, de sorte que la face antérieure soit entièrement plane. Un ensemble de vias (trous métallisés verticaux) permet d’acheminer le signal aux applicateurs RF. L’acheminement est individuel ou groupé. Cela signifie que chaque applicateur peut être activé indépendamment (acheminement individuel) ou que des groupes d’applicateurs peuvent être activés de manière groupée (acheminement groupé).To solve this problem, the inventors have developed an electromagnetic field emission plate, also called an exposure plate. This display plate is in the form of a printed circuit board, having an anterior face and a posterior face. The front face of the printed circuit board comprises at least two electromagnetic field applicators. An electromagnetic field applicator (RF applicator) according to the invention is for example in the form of a patch or a microstrip or a track engraved on the printed circuit board in the manner of a conventional printed circuit. . The plate is sized to meet the standards and specifications in force in the sector of manufacturing of biological and microbiological culture materials. On its rear side, the exposure plate includes the circuitry necessary for routing the signal to the RF applicators located on the front side, so that the front side is entirely flat. A set of vias (metallized vertical holes) routes the signal to RF applicators. Routing is individual or grouped. This means that each applicator can be activated independently (individual routing) or that groups of applicators can be activated in a grouped manner (grouped routing).

[0025] D’une manière générale, chaque applicateur possède un connecteur. Pour commander l’adressage de chaque puit, un dispositif électronique, à base de commutateurs RF a été mis en œuvre. D’autres types de solutions électroniques de génération de signaux RF peuvent être mis en œuvre, couplés par exemple à un logiciel de pilotage d’exposition. Le rôle du logiciel de pilotage d’exposition est de définir pour une plaque d’exposition, une batterie de tests ou d’expériences, sur les cellules ou les échantillons biologiques à étudier. Il est également envisageable de connecter une source RF sous chaque puit ou connecter une source au dispositif avec un diviseur répartissant la puissance sur les puits, ou encore de ne connecter qu’un sous ensemble de puits. Grâce à l’invention, il est également possible de connecter les applicateur RF par groupes pour qu’un groupe d’applicateur applique le même type de signal à plusieurs échantillons biologiques.In general, each applicator has a connector. To control the addressing of each well, an electronic device based on RF switches has been implemented. Other types of electronic RF signal generation solutions can be implemented, for example coupled with exposure control software. The role of the exposure control software is to define for an exposure plate, a battery of tests or experiments, on the cells or biological samples to be studied. It is also possible to connect an RF source under each well or connect a source to the device with a divider distributing the power over the wells, or even connect only a subset of wells. Thanks to the invention, it is also possible to connect the RF applicators in groups so that a group of applicators applies the same type of signal to several biological samples.

[0026] Le système proposé par les inventeurs est compatible avec toutes les méthodes de test in vitro des biologistes et permet d’obtenir des statistiques fiables. En particulier, la plaque à puits, qui vient prendre place au-dessus de la plaque d’exposition, est une plaque standard du commerce qui se désolidarise de la plaque d’exposition (d’émission RF) afin de permettre l’analyse par des outils classiques. Il est intéressant de noter que la plaque d’émission d’exposition de l’invention comprend notamment les caractéristiques suivantes : - une dimension standardisée de la plaque d’exposition, selon les dimensions des spécifications SBS, permettant de l’utiliser avec des consommables génériques ;The system proposed by the inventors is compatible with all the in vitro test methods of biologists and makes it possible to obtain reliable statistics. In particular, the well plate, which comes to take place above the exposure plate, is a standard commercial plate which dissociates from the exposure plate (RF emission) in order to allow analysis by classic tools. It is interesting to note that the exposure emission plate of the invention notably comprises the following characteristics: - a standardized dimension of the exposure plate, according to the dimensions of the SBS specifications, allowing it to be used with consumables generics;

- les applicateurs ne sont pas intégrés à l’intérieur de la plaque à puits, ce qui garantit l’absence d’altération des applicateurs par les échantillons biologiques étudiés ;- the applicators are not integrated inside the well plate, which guarantees the absence of alteration of the applicators by the biological samples studied;

- chaque applicateur (donc chaque puit) ou chaque groupe d’applicateurs (et donc chaque groupe de puits) est adressé de manière autonome de sorte à faire subir, à des échantillons biologiques identiques des conditions d’exposition différentes et ce à l’aide d’un seul et même système d’exposition selon l’invention ;- each applicator (therefore each well) or each group of applicators (and therefore each group of wells) is addressed independently so as to subject identical biological samples to different exposure conditions using a single exposure system according to the invention;

- le système d’exposition de l’invention est adapté tant pour réaliser des mesures d’impédance (à basses ou hautes fréquences) que pour effectuer des mesures de dosimétrie.- the exposure system of the invention is suitable both for carrying out impedance measurements (at low or high frequencies) and for carrying out dosimetry measurements.

[0027] On décrit, en relation avec les [Fig IA] et [Fig IB], une plaque d’émission de champs électromagnétiques selon un mode de réalisation général. La [Fig IA] représente la face antérieure d’une plaque de circuit imprimé, comprenant quatorze applicateurs RF (ARF1,... , ARF14) individuels, répartis sur le pourtour de la plaque de circuit imprimé. Chaque applicateur est positionné de sorte qu’il soit situé en face d’un puit de réception d’échantillon biologique d’une plaque de culture correspondante. Dans cet exemple de la figure IA, des espaces sont aménagés entre les quatorze applicateurs RF. L’objectif de ces espaces est de laisser libre (c’est-à-dire sans applicateur RF) un puit de réception d’échantillon biologique entre chaque applicateur RF. Cet aspect est détaillé en relation avec les [Fig 2A] à [Fig 2C] décrites infra. La [Fig IB] représente la face postérieure d’une plaque de circuit imprimé, dans un mode de réalisation illustratif. Quatre connecteurs sont représentés (Cl, C4). Ils comprennent, dans ce mode de réalisation, un pas de vis de connexion d’un câble d’alimentation coaxial. Le câble coaxial (non représenté) est en charge de la transmission du signal généré par un générateur de signaux. Il est vissé par l’intermédiaire d’une molette sur le pas de vis. Un ensemble de vias (orifices traversants) transmet le signal ou les signaux à ou aux applicateurs se trouvant en face antérieure. Ainsi, potentiellement, chaque applicateur est adressable individuellement (ou en groupes, lorsqu’un connecteur connecte plusieurs applicateurs RF).We describe, in relation to [Fig IA] and [Fig IB], an electromagnetic field emission plate according to a general embodiment. [Fig IA] represents the front face of a printed circuit board, comprising fourteen individual RF applicators (ARF1, ..., ARF14), distributed around the periphery of the printed circuit board. Each applicator is positioned so that it is located opposite a biological sample receiving well of a corresponding culture plate. In this example of FIG. IA, spaces are arranged between the fourteen RF applicators. The objective of these spaces is to leave free (that is to say without an RF applicator) a well for receiving a biological sample between each RF applicator. This aspect is detailed in relation to [Fig 2A] to [Fig 2C] described below. [Fig IB] shows the rear face of a printed circuit board, in an illustrative embodiment. Four connectors are shown (Cl, C4). In this embodiment, they include a thread for connecting a coaxial power cable. The coaxial cable (not shown) is responsible for transmitting the signal generated by a signal generator. It is screwed by means of a wheel on the thread. A set of vias (through holes) transmits the signal or signals to the applicator (s) located on the front face. Thus, potentially, each applicator can be addressed individually (or in groups, when a connector connects several RF applicators).

[0028] Lorsqu’elle est combinée à une plaque de culture, l’invention constitue en un système d’exposition RF en champ proche permettant d’étudier in vitro l’impact des interactions des ondes électromagnétiques avec des cellules biologiques (ou tout autre matériau biologique). En conditions opérationnelles, les matériaux biologiques sont insérés dans les tubes des plaques de cultures. Il s’agit par exemple de plaques, comprenant un nombre prédéterminé de puits (par exemple 24 ou 96 puits), qui peuvent comprendre ou non une semi-jupe. De telles plaques de culture sont largement disponibles et normalisées par l’industrie, notamment sous la norme SBS ou toute autre spécification adaptée au secteur. En fonction des produits, les puits peuvent avoir une capacité par exemple de ΙΟΟμΙ à ΙΟΟΟμΙ. L’avantage de la mise en œuvre selon l’invention réside dans une utilisation simple de celle-ci. Pour construire le système d’exposition RF en champ proche, il suffit de positionner la plaque d’exposition selon l’invention sous la plaque de culture. Les applicateurs RF sont dimensionnés et positionnés précisément sous tout ou partie des puits de culture afin qu’un applicateur RF corresponde à un puit donné.When combined with a culture plate, the invention constitutes a near field RF exposure system making it possible to study in vitro the impact of the interactions of electromagnetic waves with biological cells (or any other biological material). In operational conditions, the biological materials are inserted into the tubes of the culture plates. These are for example plates, comprising a predetermined number of wells (for example 24 or 96 wells), which may or may not include a semi-skirt. Such culture plates are widely available and standardized by the industry, in particular under the SBS standard or any other specification adapted to the sector. Depending on the products, the wells can have a capacity for example of ΙΟΟμΙ to ΙΟΟΟμΙ. The advantage of the implementation according to the invention lies in a simple use thereof. To build the near-field RF exposure system, simply position the exposure plate according to the invention under the culture plate. The RF applicators are sized and positioned precisely under all or part of the culture wells so that an RF applicator corresponds to a given well.

[0029] La [Fig 2A] illustre un mode de réalisation de base du système d’exposition RF en champ proche, système comprenant une plaque telle que celle présentée en [Fig IB], comprenant quatre applicateurs RF (AR1,...AR4), positionnés chacun sous un puit d’une plaque de culture d’échantillons biologiques, afin de générer, sous cet échantillon biologique, un champ électromagnétique individuel. La [Fig 2B] est une vue de dessus d’un système comprenant la plaque telle que celle présentée en [Fig IA], au-dessus de laquelle une plaque de culture d’échantillons biologiques comprenant quatre-vingt-seize puits est positionnée. Chaque applicateur RF est positionné audessus d’un unique puit d’échantillon biologique. La [Fig 2C] est une vue en perspective du système de la [Fig 2B], vue sur laquelle on peut percevoir un des connecteurs de la face postérieure de la plaque.[Fig 2A] illustrates a basic embodiment of the near field RF exposure system, system comprising a plate such as that presented in [Fig IB], comprising four RF applicators (AR1, ... AR4 ), each positioned under a well of a culture plate for biological samples, in order to generate, under this biological sample, an individual electromagnetic field. [Fig 2B] is a top view of a system comprising the plate such as that presented in [Fig IA], above which a culture plate for biological samples comprising ninety-six wells is positioned. Each RF applicator is positioned over a single biological sample well. [Fig 2C] is a perspective view of the system of [Fig 2B], view on which one can perceive one of the connectors on the rear face of the plate.

[0030] Comme indiqué précédemment, les applicateurs (ou groupes d’applicateurs), sont selon l’invention adressables individuellement. Il est ainsi possible d’appliquer un champ comprenant certaines caractéristiques à un ou plusieurs puits tandis qu’un champ comprenant d’autres caractéristiques peut être appliqué à un ou plusieurs autres puits. Un tel adressage individuel (ou par groupe) est intéressant car il offre la possibilité, dans une même gamme, d’étudier les comportements ou les caractéristiques d’un grand nombre d’échantillons biologiques en même temps, tout en assurant une reproductibilité facile de l’expérience.As indicated above, the applicators (or groups of applicators) are according to the invention individually addressable. It is thus possible to apply a field comprising certain characteristics to one or more wells while a field comprising other characteristics can be applied to one or more other wells. Such individual (or group) addressing is interesting because it offers the possibility, within the same range, of studying the behaviors or characteristics of a large number of biological samples at the same time, while ensuring easy reproducibility of experience.

[0031] En fonction des modes de réalisation, sur une même plaque d’exposition il est possible de définir des applicateurs RF de natures différentes (de formes et de tailles différentes) pour permettre la reproduction standardisée de tests et de mesures à l’aide d’un système automatisé ou d’un système de routine.Depending on the embodiments, on the same exposure plate it is possible to define RF applicators of different natures (of different shapes and sizes) to allow standardized reproduction of tests and measurements using an automated system or a routine system.

1. Description d’un mode de réalisation1. Description of an embodiment

[0032] Dans ce mode de réalisation, pour répondre aux besoins indiqués précédemment, les inventeurs ont développé un dispositif d’exposition RF à haut débit, c’est-à-dire une plateforme d’applicateurs RF qui permet d’exposer avec des ondes électromagnétiques RF calibrées et en champ proche des puits individuels de plaques à puit standard, traditionnellement utilisées pour des études biologiques. Ces puits contiennent des cellules biologiques qui peuvent ensuite être analysées par les outils standards des biologistes afin d’évaluer si les cellules ont été impactées ou non. Cette plateforme intègre donc de multiples applicateurs RF parallélisés, venant se placer sous une plaque à puits standard.In this embodiment, to meet the needs indicated above, the inventors have developed a high-speed RF exposure device, that is to say a platform of RF applicators which allows exposure with RF electromagnetic waves calibrated and in the near field of the individual wells of standard well plates, traditionally used for biological studies. These wells contain biological cells which can then be analyzed by the standard tools of biologists in order to assess whether the cells have been impacted or not. This platform therefore integrates multiple parallel RF applicators, placed under a standard well plate.

[0033] Cette plateforme d’exposition RF permet d’exposer en même temps un nombre de puits important, ce qui assure une étude statistique directe d’une exposition RF calibrée en une seule expérience. Certains puits sont conservés comme non exposés aux ondes RF afin d’intégrer les contrôles négatifs et positifs nécessaires à toute analyse biologique. La plateforme RF de ce mode de réalisation est utilisable sur une gamme de fréquence large, bien que non encore complètement figée. Elle intègre les standards de la téléphonie mobile (800 MHz - 8 GHz).This RF exposure platform makes it possible to expose a large number of wells at the same time, which ensures a direct statistical study of an RF exposure calibrated in a single experiment. Some wells are kept as not exposed to RF waves in order to integrate the negative and positive controls necessary for any biological analysis. The RF platform of this embodiment can be used over a wide frequency range, although not yet completely frozen. It incorporates mobile telephony standards (800 MHz - 8 GHz).

[0034] Cette gamme de fréquence varie en fonction du type de substrat utilisé pour la fabrication de la plateforme RF et de la forme géométrique de l’applicateur individuel. Pour atteindre des fréquences supérieures, il faut concevoir un applicateur RF adapté.This frequency range varies depending on the type of substrate used for the manufacture of the RF platform and the geometric shape of the individual applicator. To achieve higher frequencies, a suitable RF applicator must be designed.

[0035] L’exposition RF peut être calibrée au préalable avec la définition du DAS (Débit d’Absorption Spécifique) par mesure thermique notamment (l’une des méthodes expérimentales possible pour définir le DAS). Afin de permettre des expositions RF longues sur cellules dans des conditions de vie optimales, les systèmes (comprenant support/applicateurs RF/plaque à puits) sont placés dans un incubateur, outil traditionnel des biologistes pour assurer les conditions environnementales nécessaires à la vie des cellules (37°C et CO2 à 5%). La source RF, dans ce mode de réalisation, est placée à l’extérieur de l’incubateur.The RF exposure can be calibrated beforehand with the definition of DAS (Specific Absorption Rate) by thermal measurement in particular (one of the possible experimental methods for defining the DAS). In order to allow long RF exposures on cells in optimal living conditions, the systems (including support / RF applicators / well plate) are placed in an incubator, a traditional tool for biologists to ensure the environmental conditions necessary for cell life. (37 ° C and 5% CO2). The RF source, in this embodiment, is placed outside the incubator.

[0036] Les puits adjacents aux puits d’exposition RF ont également été remplis de cellules avec leur milieu de culture en tant que contrôles négatif et positif. Afin de vérifier l’impact des ondes EM appliquées, une technique d’analyse cellulaire, classique au demeurant, est utilisée. Notamment, l’homéostasie des cellules peut être contrôlée et quantifiée. Toute autre technique d’analyse cellulaire peut cependant être utilisée suivant l’indicateur biologique recherché : viabilité des cellules ou plus précisément un mécanisme d’action particulier (par exemple des cassures à T ADN dans le cas de génotoxicité). Comme la plateforme RF permet d’utiliser directement des cellules en plaque à puits, consommable standard des biologistes, tous les outils d’analyse de cellules traditionnels sont alors compatibles pour les analyses ultérieures.The wells adjacent to the RF exposure wells were also filled with cells with their culture medium as negative and positive controls. In order to verify the impact of the applied EM waves, a cell analysis technique, moreover conventional, is used. In particular, cell homeostasis can be monitored and quantified. Any other cell analysis technique can however be used depending on the biological indicator sought: cell viability or more precisely a particular mechanism of action (for example T-DNA breaks in the case of genotoxicity). As the RF platform allows cells in well plate to be used directly, a standard consumable for biologists, all traditional cell analysis tools are therefore compatible for subsequent analyzes.

[0037] Des expériences ont été menées. Un effet des ondes EM RF sur des cellules a pu être obtenu, quantifié et analysé sans que les cellules introduites en puit de contrôle (c’est-à-dire dans des puits adjacents, ne recevant pas d’onde EM) soient elles-mêmes impactées, ce qui valide le système d’exposition RF en champ proche de l’invention. Les inventeurs ont également vérifié que les puits adjacents ne sont pas ou très faiblement impactés. Une optimisation EM de l’applicateur RF peut être mise en œuvre pour supprimer totalement tout effet parasite, lorsque cette suppression est recherchée.Experiments have been carried out. An effect of RF EM waves on cells could be obtained, quantified and analyzed without the cells introduced into the control well (i.e. in adjacent wells, receiving no EM wave) being same impacted, which validates the near field RF exposure system of the invention. The inventors have also verified that the adjacent wells are not or very slightly impacted. An EM optimization of the RF applicator can be implemented to completely remove any parasitic effect, when this removal is sought.

[0038] Le champ électromagnétique émis dans ce mode de réalisation, est un champ proche : ainsi dans ce mode de réalisation, il n’y a pas d’antenne mais un applicateur RF sous la forme d’un condensateur plan (en 2 parties coplanaires) et le rayonnement est maîtrisé et limité localement. Les interférences avec les puits voisins sont réduites voire inexistantes. C’est la géométrie très particulière de la métallisation qui limite ainsi l’exposition. Cette technique appartient au domaine des NFC.The electromagnetic field emitted in this embodiment is a near field: thus in this embodiment, there is no antenna but an RF applicator in the form of a flat capacitor (in 2 parts coplanar) and radiation is locally controlled and limited. Interference with neighboring wells is reduced or even non-existent. It is the very particular geometry of the metallization which thus limits the exposure. This technique belongs to the field of NFC.

[0039] Les lignes de champs sont circonscrites à un volume qui dépend : - du diamètre de l’électrode (il faut être sub longueur d’onde)The field lines are limited to a volume which depends on: - the diameter of the electrode (you must be sub wavelength)

- de la dimension de la fente (espace entre l’électrode et le plan de masse, de dimension sub longueur d’onde).- the dimension of the slot (space between the electrode and the ground plane, of dimension sub wavelength).

[0040] Le condensateur plan d’un applicateur de champs comprend une partie centrale et une partie externe séparées l’une de l’autre d’une distance prédéterminée. En fonction des modes de réalisation, la partie centrale peut avoir plusieurs formes et/ou tailles. Ces formes et tailles permettent de définir des caractéristiques du champ électromagnétique qui est appliqué. Dans un mode de réalisation spécifique, la partie centrale du condensateur plan prend la forme d’un disque. Dans d’autres modes de réalisation, la forme du condensateur plan est adaptée pour compte des conditions de mise en œuvre opérationnelles : la fore peut-être triangulaire, carrée, pentagonale, hexagonale, octogonale, heptagonale, décagonale, etc.The planar capacitor of a field applicator comprises a central part and an external part separated from each other by a predetermined distance. Depending on the embodiments, the central part can have several shapes and / or sizes. These shapes and sizes make it possible to define characteristics of the electromagnetic field which is applied. In a specific embodiment, the central part of the planar capacitor takes the form of a disc. In other embodiments, the shape of the planar capacitor is adapted to take account of operational conditions of implementation: the drill may be triangular, square, pentagonal, hexagonal, octagonal, heptagonal, decagonal, etc.

[0041] Dans ce mode de réalisation, la puissance du champ appliqué est exprimée en SAR ( « Specific Absorption Rate » ou DAS en français) qui est une métrique indiquant la quantité d'énergie véhiculée par les ondes en fonction du poids de la cible (tête, corps, ...).In this embodiment, the power of the applied field is expressed in SAR ("Specific Absorption Rate" or DAS in French) which is a metric indicating the amount of energy carried by the waves as a function of the weight of the target (head, body, ...).

[0042] La [Eig 3] illustre une possibilité de réalisation. Une plaque à puits (PC) standard (96 puits) est positionnée au-dessus d’une plateforme (PRE) selon l’invention, comprenant un nombre prédéterminé d’applicateurs AR (par exemple 96) adressables individuellement. Sur l’illustration un câble d’alimentation microonde (EMC) est connecté à un applicateur RE. La transmission d’un signal adapté dans ce câble a pour effet de produire un champ (C.E.M.) au-dessous d’un puit correspondant de la plaque à puits. Ce champ est directement appliqué vers un milieu de culture (MED) comprenant par exemple des cellules, échantillons biologiques, etc. dont on souhaite étudier les propriétés lorsqu’ils sont soumis à un champ donné.[Eig 3] illustrates a possible embodiment. A standard well plate (PC) (96 well) is positioned above a platform (PRE) according to the invention, comprising a predetermined number of AR applicators (for example 96) individually addressable. In the illustration a microwave power cable (EMC) is connected to a RE applicator. The transmission of a suitable signal in this cable has the effect of producing a field (C.E.M.) below a corresponding well of the well plate. This field is directly applied to a culture medium (MED) comprising for example cells, biological samples, etc. whose properties we want to study when they are subjected to a given field.

[0043] La [Eig 4] illustre une possibilité de réalisation pour la génération des signaux à destination des applicateurs RE à partir d’une unique source. Dans cet exemple, une source de microondes (MWS) est utilisée pour fournir un signal à un amplificateur de puissance (PA). Le signal issu de l’amplificateur de puissance est fourni à un diviseur et/ou à un séparateur (PoD/SW) qui est en charge, éventuellement par l’intermédiaire d’un logiciel de contrôle, de répartir les signaux vers les applicateurs RP. Des atténuateurs (ATR) peuvent être utilisés pour appliquer différents niveaux de puissance sur des applicateurs RP particuliers. On note que des applications de puissance importante sont possibles (33 dBm par exemple) car les métallisations du PCB sont épaisses. De ce fait, il est possible de faire passer une grande quantité de courant.[Eig 4] illustrates a possible embodiment for the generation of signals to RE applicators from a single source. In this example, a microwave source (MWS) is used to provide a signal to a power amplifier (PA). The signal from the power amplifier is supplied to a divider and / or a splitter (PoD / SW) which is responsible, possibly via control software, for distributing the signals to the RP applicators. . Attenuators (ATR) can be used to apply different power levels to particular RP applicators. Note that large power applications are possible (33 dBm for example) because the PCB metallizations are thick. Therefore, it is possible to pass a large amount of current.

[0044] Il est bien entendu possible de réaliser de multiples adressages des applicateurs, sans sortir du cadre de l’invention. Par exemple :It is of course possible to perform multiple addressing of the applicators, without departing from the scope of the invention. For example :

- une source RP pour chaque applicateur RP ;- an RP source for each RP applicator;

- une source RP suivie par des diviseurs de puissance pour répartir la puissance sur différents applicateurs : on obtient ainsi une même puissance appliquée, en même temps - multiplexage spatial ;- a RP source followed by power dividers to distribute the power over different applicators: the same applied power is thus obtained, at the same time - spatial multiplexing;

- une source RF suivie d’un routage avec commutateurs RF (pour appliquer un champ électromagnétique suivant des séquences entre applicateurs) : on obtient ainsi une même puissance appliquée, décalée dans le temps entre applicateurs - multiplexage temporel, notion de « duty cycle » ;- an RF source followed by routing with RF switches (to apply an electromagnetic field according to sequences between applicators): the same applied power is thus obtained, offset in time between applicators - time multiplexing, notion of "duty cycle";

- une source RF suivi de diviseur de puissance puis de commutateurs RF : on obtient ainsi un multiplexage spatial et temporel ;- an RF source followed by a power divider and then RF switches: a spatial and temporal multiplexing is thus obtained;

- des atténuateurs entre les diviseurs de puissance ou commutateurs RF et les applicateurs RF peuvent être ajoutés pour faire varier la puissance appliquée sur différents applicateurs ou groupes d’applicateurs : il est ainsi possible d’appliquer différents DAS en une seule expérience- Attenuators between RF power dividers or switches and RF applicators can be added to vary the power applied to different applicators or groups of applicators: it is thus possible to apply different DAS in a single experiment

- pour appliquer des ondes EM à différentes fréquences, il faut ajouter des sources RF pour chacune de ces fréquences et « jouer » sur la configuration des diviseurs et commutateurs RF pour chaque fréquence.- to apply EM waves at different frequencies, add RF sources for each of these frequencies and "play" on the configuration of RF dividers and switches for each frequency.

[0045] Les [Fig 5A] et [Fig 5B] illustrent un applicateur RF respectivement en vue antérieure et en vue postérieure. Les dimensions dl et d2 sont optimisées (par simulation électromagnétique) par rapport à la taille du puits placé au-dessus, avec maximisation du champ électromagnétique dans le puit, tout en minimisant tout champ électromagnétique dans les puits adjacents. d2 vaut typiquement le diamètre du puit extérieur. Rien n’empêche, cependant que d2 soit d’un diamètre plus faible que le diamètre des puits si ITobjectif est d’obtenir une isolation renforcée entre deux puits adjacents. La diamètre dl est compris entre la résolution du procédé de fabrication métallique jusqu’à étant strictement inférieur à d2.[Fig 5A] and [Fig 5B] illustrate an RF applicator respectively in anterior view and in posterior view. The dimensions dl and d2 are optimized (by electromagnetic simulation) relative to the size of the well placed above, with maximization of the electromagnetic field in the well, while minimizing any electromagnetic field in the adjacent wells. d2 is typically the diameter of the outer well. There is nothing to prevent, however, that d2 is smaller in diameter than the diameter of the wells if ITobjective is to obtain reinforced insulation between two adjacent wells. The diameter dl is between the resolution of the metal fabrication process up to being strictly less than d2.

[0046] L’optimisation du diamètre dl se fait selon l’excitation que l’on souhaite produire dans le puit. A titre d’exemple, pour une plaque 24 puits, d2 vaut 14mm et dl vaut 7 mm.The optimization of the diameter dl is done according to the excitation that one wishes to produce in the well. For example, for a 24-well plate, d2 is 14mm and dl is 7mm.

Claims (1)

Revendications Claims [Revendication 1] [Claim 1] Dispositif d’application de champs électromagnétiques, dispositif comprenant : une plaque de circuit imprimé comprenant une face antérieure et une face postérieure ; au moins deux applicateurs de champ électromagnétique, disposés sur la face antérieure de la plaque de circuit imprimé, lesdits au moins deux applicateurs de champ électromagnétique étant activables indépendamment, de sorte qu’ils produisent des champs électromagnétiques indépendants. Device for applying electromagnetic fields, device comprising: a printed circuit board comprising an anterior face and a posterior face; at least two electromagnetic field applicators, arranged on the front face of the printed circuit board, said at least two electromagnetic field applicators being independently activatable, so that they produce independent electromagnetic fields. [Revendication 2] [Claim 2] Dispositif d’application de champs électromagnétiques selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’un applicateur de champ électromagnétique se présente sous la forme d’un patch, de technologie non limitative à coplanaire ou microstrip. Electromagnetic field application device according to claim 1, characterized in that an electromagnetic field applicator is in the form of a patch, of non-limiting coplanar or microstrip technology. [Revendication 3] [Claim 3] Dispositif d’application de champs électromagnétiques selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits au moins deux applicateurs de champ électromagnétique sont respectivement reliés à aux moins deux connecteurs, lesdits deux connecteurs étant situés sur la face postérieure de ladite plaque de circuit imprimé. Electromagnetic field application device according to claim 1, characterized in that said at least two electromagnetic field applicators are respectively connected to at least two connectors, said two connectors being located on the rear face of said printed circuit board. [Revendication 4] [Claim 4] Dispositif d’application de champs électromagnétiques selon la revendication 1 caractérisé en ce qu’un applicateur de champs électromagnétique comprend un condensateur plan. Electromagnetic field application device according to claim 1 characterized in that an electromagnetic field applicator comprises a planar capacitor. [Revendication 5] [Claim 5] Dispositif d’application de champs électromagnétiques selon la revendication 4 caractérisé en ce que le condensateur plan d’un applicateur de champs comprend une partie centrale et une partie externe séparées l’une de l’autre d’une distance prédéterminée. Device for applying electromagnetic fields according to claim 4, characterized in that the planar capacitor of a field applicator comprises a central part and an external part separated from each other by a predetermined distance. [Revendication 6] [Claim 6] Dispositif d’application de champs électromagnétiques selon la revendication 5 caractérisé en ce que la partie centrale du condensateur plan prend la forme d’un disque. Device for applying electromagnetic fields according to claim 5, characterized in that the central part of the planar capacitor takes the form of a disc. [Revendication 7] [Claim 7] Dispositif d’application de champs électromagnétiques selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend une pluralité d’applicateurs de champ électromagnétique, chaque applicateur de champs électromagnétique étant positionné sur la plaque de circuit imprimé de sorte qu’il soit situé sous un puit d’une plaque à puits qui est placée sur la face antérieure dudit dispositif. Electromagnetic field application device according to claim 1, characterized in that it comprises a plurality of electromagnetic field applicators, each electromagnetic field applicator being positioned on the printed circuit board so that it is located under a well of a well plate which is placed on the front face of said device. [Revendication 8] [Claim 8] Dispositif d’application de champs électromagnétiques selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque applicateur de champ électromagnétique est séparé d’un applicateur de champ électromagnétique voisin d’une distance correspondant au moins à celle d’un puit d’une Electromagnetic field application device according to claim 7, characterized in that each electromagnetic field applicator is separated from a neighboring electromagnetic field applicator by a distance corresponding at least to that of a well of a
plaque à puits à laquelle le dispositif d’application de champs électromagnétiques est destiné à être rapporté.well plate to which the device for applying electromagnetic fields is intended to be attached. [Revendication 9] Système d’application de champs électromagnétiques, caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif d’application de champs électromagnétiques selon l’une des revendications 1 à 8 et en ce qu’il comprend une plaque à puits dont la partie postérieure est positionnée sur la face antérieure du dispositif d’application de champs électromagnétiques.[Claim 9] System for applying electromagnetic fields, characterized in that it comprises a device for applying electromagnetic fields according to one of claims 1 to 8 and in that it comprises a well plate of which the part posterior is positioned on the anterior face of the device for applying electromagnetic fields.
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