IT202400003796A1 - Dispositivo, sistema e metodo per la misura interferometrica della contrazione di una cellula contrattile - Google Patents

Description

[0001] TITOLO: ?Dispositivo, sistema e metodo per la misura interferometrica della contrazione di una cellula contrattile?.

[0003] La seguente specifica ? inserita a scopo divulgativo e non ? parte dalla presente invenzione: ?Il progetto dal quale deriva la presente domanda di brevetto ha ricevuto finanziamento dal programma di ricerca ed innovazione dell'Unione Europea Horizon 2020 secondo l?accordo di sovvenzione TOX-Free Grant Agreement 964518.?

[0006] DESCRIZIONE

[0008] CAMPO DI APPLICAZIONE

[0010] L?oggetto della presente invenzione trova utile impiego nell?ambito della valutazione del comportamento delle cellule contrattili, quali ad esempio le cellule cardiache, ossia i cardiomiociti. In particolare, la presente invenzione ? impiegata per monitorare e quantificare propriet? cellulari, ad esempio la forza di contrazione delle cellule contrattili.

[0012] Stato della tecnica anteriore

[0014] Sono noti nello stato della tecnica diversi dispostivi atti a monitorare e quantificare la forza di contrazione cellulare.

[0016] Nell?arte nota, possono essere individuati tre gruppi di dispositivi, basati rispettivamente su sensori di pressione, quali strain gauges o sensori piezoresistivi, sensori di tracking delle immagini o sensori a film sottile. Quest?ultimi sono i pi? promettenti per la valutazione della forza contrattile in termini di scarsa invasivit?, produttivit? e facilit? di produzione.

[0018] In uso, i dispositivi con sensori a film sottile comprendono una membrana flessibile polimerica, sulla quale avviene la coltura di un layer di cellule cardiache. La contrazione cellulare, ad esempio delle cellule cardiache, provoca un movimento della membrana flessibile, rilevabile mediante tecniche di misurazione differenti. Quest?ultime quantificano il movimento della membrana in relazione a parametri capaciti, resistivi o, alternativamente, parametri ottici. In seguito, la conversione del movimento rilevato nella forza di contrazione corrispondente viene effettuata tramite misure dirette o indirette.

[0020] Lo standard di riferimento per il monitoraggio della forza contrattile delle cellule ? la microscopia a forza atomica o la microscopia a forza di trazione.

[0022] E? noto realizzare una piattaforma ?heart-on-chip?, per la misurazione delle caratteristiche contrattili dei cardiomiociti, basato sull?utilizzo di un cantilever, fabbricato con un processo standard micro-elettromeccanico. Un array di microelettrodi ? integrato sulla superfice superiore del cantilever. Inoltre, la misura della contrazione ? basata sulla deflessione del cantilever rilevata da un vibrometro laser.

[0024] Il documento WO 2015/179947 A1 descrive un dispositivo e un relativo metodo per valutare la contrazione cellulare, in cui le cellule contrattili sono poste su di un film siliconico. La contrazione cellulare causa la formazione di una pluralit? di pieghe sul film siliconico.

[0026] Ulteriormente, il documento WO 2015/150589 A1 descrive un dispositivo atto allo screening di farmaci sulle cellule. Tale dispositivo comprende un substrato rigido avente una superficie, una fonte di luce per illuminare le cellule sulla superficie del substrato e un sensore configurato per rilevare un segnale ottico derivante dall?illuminazione delle cellule. Questo documento insegna a valutare la forza di contrazione cellulare attraverso il rilevamento ottico, il quale permette un monitoraggio del movimento cellulare.

[0028] Problema della tecnica anteriore

[0030] Nei dispositivi noti, la valutazione della contrazione cellulare avviene esclusivamente in bulk, ossia considerando il comportamento dell?intera coltura, senza la possibilit? di monitorare in maniera isolata una singola cellula contrattile.

[0032] Nella piattaforma ?heart-on-chip?, la presenza di vibrometro laser rende complessa la valutazione della forza contrattile, in quanto sono necessari allineamenti e calibrazioni periodiche dello strumento. In aggiunta, tale piattaforma misura il movimento da un singolo punto, limitando la risoluzione spaziale e la scalabilit? del dispositivo. Infine, la rigidit? del cantilever polimerico pu? significativamente cambiare in relazione al processo di fabbricazione e di conseguenza, inficiare sulla misurazione.

[0034] Il dispositivo descritto nel documento WO 2015/179947 A1 presenta diverse problematiche, come ad esempio la presenza di un film continuo, sopra il quale avviene la coltura delle cellule. La continuit? del film provoca la formazione di pieghe anche su porzioni dello stesso che non sono perfettamente sottostanti alla posizione delle cellule al di sotto della cellula che si sta contraendo, generando cos? fenomeni di crosstalk.

[0035] Nel dispositivo del documento WO 2015/150589 A1, essendo il substrato rigido, risulta impossibile calcolare la forza della contrazione cellulare unicamente dal movimento cellulare.

[0037] Scopo dell?invenzione

[0039] Nel presente contesto, ? scopo della presente invenzione fornire un dispositivo, un sistema e un relativo metodo per la misura interferometrica di una cellula contrattile, in grado di risolvere i problemi delle anteriorit? prima citati.

[0041] In particolare, ? scopo dell?invenzione ottenere un dispositivo in grado ottenere misurazioni interferometriche ad alta sensitivit?, permettendo cos? di effettuare una valutazione anche su di una singola cellula contrattile.

[0043] E? ulteriore scopo della presente invenzione mettere a disposizione un dispositivo, un sistema e un relativo metodo relativo metodo per la misura interferometrica di una cellula contrattile, alternativi rispetto alla tecnica anteriore.

[0045] Ulteriori scopi verranno sostanzialmente raggiunti da un dispositivo, da un sistema e da un relativo metodo per la misura interferometrica di una cellula contrattile, in accordo con una o pi? delle unite rivendicazioni.

[0048] SOMMARIO DELL?INVENZIONE

[0050] La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo per la misura interferometrica della contrazione di almeno una cellula contrattile, basata sul concetto di cavit? ottica. In particolare, il dispositivo comprende un substrato trasparente, presentante una faccia inferiore e una opposta faccia superiore, rivestita da un film riflettente. Il dispositivo comprende altres? una o pi? membrane flessibili, sovrapposte e distanziate rispetto al substrato. Detta membrana presenta una superficie inferiore e una opposta superficie superiore, in cui la superficie superiore comprende almeno una zona adatta per la coltura di almeno una cellula contrattile e la superficie inferiore comprende almeno un elemento riflettente, posto in corrispondenza di una rispettiva almeno una zona della superficie superiore. Inoltre, il dispositivo comprende una cavit? ottica, definita tra la superficie inferiore della membrana flessibile e detto film riflettente del substrato.

[0052] Vantaggi dell?invenzione

[0054] Grazie ad una specifica forma realizzativa, la presente invenzione mette a disposizione un dispositivo comprendente una pluralit? di elementi riflettenti, ciascuno in una posizione corrispondente a una cellula contrattile. Vantaggiosamente, ? possibile formare array di elementi sensibili all?interno del medesimo dispositivo. Detti array possono essere utilizzati come sensori ad alta densit? per determinare la forza contrattile di una singola cellula contrattile all?interno di una coltura cellulare.

[0055] In altre parole, ? possibile compiere una valutazione indipendente dei cambiamenti di forza di contrazione di diverse cellule all?interno di diverse colture.

[0057] Sempre grazie a una forma realizzativa della presente invenzione, ? possibile ottenere un dispositivo per la misura interferometrica di una cellula contrattile avente almeno una zona di coltura specifica per una o pi? cellule, e almeno un rispettivo elemento riflettente in corrispondenza di tale zona.

[0059] Ci? permette, vantaggiosamente, di determinare le propriet? cellulari con una elevata sensitivit?, in quanto la pluralit? di elementi riflettenti presenta un pattern alternato e non continuo. In questo modo si limitano il fenomeno di crosstalk presenti nell?arte nota.

[0061] Ancora vantaggiosamente, illuminando la cavit? ottica, ? possibile determinare una serie di frange interferenziali. Dette frange, misurabili con un sensore ottico, permettono di risalire alle propriet? cellulari, evitando la presenza di strumenti che richiedono necessariamente una continua calibrazione.

[0063] Grazi alla presente invenzione ? possibile altres? valutare pi? precisamente gli effetti di farmaci sulle cellule contrattili, come ad esempio le cellule cardiache. Infatti, le malattie cardiovascolari risultano essere strettamente collegate alle disfunzioni del muscolo cardiaco. In questo modo, si ha la possibilit? di determinare un modello pi? accurato, rispetto alla tecnica anteriore, di una singola o di una pluralit? di cellule cardiache, monitorando cos? le alterazioni della contrazione, per esempio a seguito di un trattamento farmacologico.

[0066] BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

[0068] Ulteriori vantaggi e caratteristiche risulteranno ampiamente chiari a seguito della descrizione dettagliata di una forma realizzativa preferita, non limitativa, di un dispositivo per la misura interferometrica di una cellula contrattile, mostrata a titolo di esempio, nell?insieme dei disegni di cui:

[0070] - la figura 1 mostra una vista prospettica di un dispositivo e di un sistema per la misura interferometrica di una cellula contrattile secondo la presente invenzione, in accordo con una prima forma realizzativa;

[0071] - la figura 2 mostra uno schema di funzionamento del dispositivo di figura 1;

[0073] - la figura 3a mostra una vista prospettica di un dispositivo per la misura interferometrica secondo la presente invenzione, in accordo con una seconda forma realizzativa;

[0075] - la figura 3b mostra una vista laterale in sezione del dispositivo di figura 3a.

[0078] DESCRIZIONE DETTAGLIATA

[0080] Con particolare riferimento alla figura 1, con il numero di riferimento 1 ? indicato un dispositivo per la misura interferometrica della contrazione di almeno una cellula contrattile C.

[0082] Il dispositivo 1 comprende un substrato 2 trasparente, comprendente una faccia inferiore 21 e una opposta faccia superiore 22 rivestita da un film riflettente 23.

[0084] Inoltre, come mostrato in figura 1, il dispositivo comprende almeno una membrana flessibile 3. L?almeno una membrana flessibile 3 ? sovrapposta e distanziata rispetto al substrato 2, e presenta una superficie inferiore 31 e una opposta superficie superiore 32. In altre parole, l?almeno una membrana flessibile 3 ? posta superiormente rispetto al substrato 2, in modo tale che il substrato 2 e l?almeno una membrana flessibile 3 risultino affacciati.

[0086] La superficie superiore 32 dell?almeno una membrana flessibile 3 comprende almeno una zona 34 adatta per la coltura di almeno una cellula contrattile C. Infatti, la zona 34 presenta una conformazione tale che, con le condizioni necessarie, pu? simulare il microambiente dei tessuti vivi. Ad esempio, ciascuna zona 34 funge da pozzetto per la coltura cellulare.

[0088] La superficie inferiore 31 dell?almeno una membrana flessibile 3 comprende almeno un elemento riflettente 33, posto in corrispondenza di una rispettiva almeno una zona 34 della superficie superiore 32.

[0090] Inoltre, il dispositivo 1 comprende almeno una cavit? ottica 4 definita tra la superficie inferiore della membrana flessibile 3 e detto film riflettente 23 del substrato 2.

[0092] In altre parole, il dispositivo della presente invenzione si basa sul concetto di cavit? ottica definita nell?ottica classica. Prendendo come riferimento un interferometro di Fabry-Perot, per cavit? ottica si intende un arrangiamento di superfici riflettenti, quali ad esempio due o pi? specchi. In dettaglio, detto arrangiamento porta alla formazione di una cavit? di risonanza per le onde luminose. Infatti, se un?onda luminosa incidente illumina la cavit? ottica, l?onda incidente subisce una serie di riflessioni continue fra le due superfici riflettenti all'interno della cavit? ottica, e ne fuoriesce parzialmente ad ogni riflessione. All?interno di detta cavit? ottica si verifica quindi un fenomeno interferenziale, formando cos? un pattern di interferenza.

[0094] Giova rilevare che, la membrana flessibile 3 ? realizzata in un materiale dotato di propriet? di flessibilit?, ad esempio un materiale polimerico, in modo tale da poter essere flessibile, ossia soggetta ad un movimento rilevabile come una curvatura, una torsione o una flessione, a seguito della contrazione di una cellula contrattile C.

[0095] La membrana flessibile 3 pu? essere realizzata in un materiale a scelta tra nitruro di Silicio, diossido di silicio, ossido di alluminio, quarzo, carburo di silicio, PDMS o materiali alternativi aventi una flessibilit? paragonabile. Preferibilmente, la membrana flessibile 3 ha una flessibilit? sostanzialmente equivalente o paragonabile a quella che le cellule riscontrano nel corpo umano per aumentare l?affidabilit? della misura.

[0097] Nella forma di realizzazione preferita, la membrana flessibile 3 presenta uno spessore nell?ordine della centinaia di nanometri. Pi? preferibilmente, lo spessore ? compreso tra i 100nm e i 5000nm.

[0099] L?almeno una membrana flessibile 3 presenta un?estensione compresa tra i 0,01mm e i 5mm. In particolare, nella forma realizzativa di figura 1, l?estensione dell?almeno una membrana flessibile 3 ? compresa tra i 0,5mm e i 5mm. Differentemente, nella forma realizzativa di figura 3a e 3b, l?estensione dell?almeno una membrana flessibile 3 ? compresa 10?m e i 100?m, dimensioni pressoch? equivalenti a quelle di una cellula contrattile C, in particolare di una cellula cardiaca.

[0101] Come precedentemente descritto, l?almeno un elemento riflettente 33 ? posto in corrispondenza dell?almeno una zona 34 su cui ? posizionata almeno una cellula contrattile C. In altre parole, l?almeno un elemento riflettente 33 risulta sottoposto all?almeno una zona 34 su cui ? posizionata l?almeno una cellula contrattile C. In questo modo, la contrazione cellulare provoca una flessione dell?almeno una membrana flessibile 3, portando a sua volta una diversa orientazione dell?elemento riflettente 33.

[0102] In uso, nel dispositivo 1 possono essere individuate due aree: un?area che si affaccia esternamente, definita tecnicamente ?trans?, e un?opposta area che si affaccia internamente, definita tecnicamente ?cis?. Dette aree risultano quindi divise dalla presenza dell?almeno una membrana flessibile 3, in modo tale che l?area ?cis? sia individuabile tra l?almeno una membrana flessibile 3 e il film riflettente 23 del substrato 2. Differentemente, l?area ?trans? ? identificabile come l?area posta superiormente rispetto all?almeno una membrana flessibile 3. In dettaglio, l?area ?trans? comprende l?almeno una zona 34, adatta ad ospitare una coltura di cellule contrattili C.

[0104] Preferibilmente, l?almeno un elemento riflettente 33 comprende una pluralit? di specchi 331 distribuita sulla superficie inferiore 31 dell?almeno una membrana flessibile 3 secondo un pattern predefinito. Pi? preferibilmente la pluralit? di specchi 331 ? integrata nella superficie inferiore 31 dell?almeno una membrana flessibile 3.

[0106] Giova rilevare che la presenza di un pattern predefinito permette di valutare la contrazione dell?almeno una cellula contrattile C prendendo come riferimento l?orientazione di uno specchio della pluralit? di specchi 331, affacciato inferiormente alla cellula contrattile C corrispondente.

[0108] Si noti che il suddetto pattern pu? essere modificato coerentemente con i parametri definenti la cavit? ottica, quali ad esempio la distanza tra due specchi.

[0110] In altre parole, secondo una prima forma realizzativa, il dispositivo 1 comprende una singola membrana flessibile 3, preferibilmente realizzata in un materiale a scelta tra nitruro di silicio, diossido di silicio, ossido di allumino, quarzo o carburo di silicio. Ancora preferibilmente, la membrana flessibile 3 presenta la suddetta pluralit? di specchi 331 lungo la superficie inferiore 31.

[0112] Nella forma realizzativa di figura 1, l?almeno una cavit? ottica 4 comprende preferibilmente una singola cavit? ottica 4, avente una larghezza di 2mm e uno spessore nell?ordine dei micrometri. Pi? preferibilmente, detto spessore ? compreso tra i 2?m e i 100?m.

[0114] Sempre con riferimento alla forma realizzativa di figura 1, il dispositivo comprende una pluralit? di zone 34, in grado di ospitare una pluralit? di cellule contrattili C.

[0116] Secondo un aspetto, la pluralit? di zone 34 della superficie superiore 32 ? posta in corrispondenza della pluralit? di specchi 331.

[0118] Con maggior riferimento alla figura 2, la contrazione di una o pi? cellule contrattili C genera la curvatura della membrana flessibile 3 e il conseguente cambio di orientazione della pluralit? di specchi 331 corrispondenti. In presenza di una fonte di luce esterna l dispositivo 1, detta pluralit? di specchi 331 e detto film riflettente 23, definenti la cavit? ottica 4, permettono alla luce incidente di essere riflessa pi? volte tra la pluralit? di specchi 331 e il film riflettente 23 stesso, formando in questo modo una pluralit? di frange di interferenza.

[0120] Tale pluralit? di frange di interferenza pu? essere misurata tramite un sensore ottico esterno per rilevare diverse propriet? delle cellule contrattili C, quali ad esempio la forza di contrazione. Questo aspetto verr? approfondito in un metodo introdotto nel seguito della presente descrizione.

[0121] Vantaggiosamente, il pattern presente sulla superficie inferire 31 della membrana flessibile 3 permette di avere una misurazione pi? accurata rispetto allo stato dell?arte, riducendo il fenomeno di crossatlk.

[0123] In particolare, la pluralit? di specchi 331 ? ingegnerizzata in modo tale da far corrispondere la frequenza spaziale delle frange interferenziali, derivanti dalla riflessione della luce incidente. In questo modo, ? possibile rilevare la variazioni di fase delle frange di interferenza osservando l?intensit? media della fluorescenza riflessa da ogni singolo specchio 331 della pluralit? di specchi 331.

[0125] In una forma di realizzazione alternativa, mostrata in figura 3a, il dispositivo 1 comprende una membrana di supporto 6, preferibilmente opaca. Preferibilmente detta membrana di supporto 6 ? realizzata in nitruro di silicio. Nella medesima forma realizzativa l?almeno una membrana flessibile 3 ? realizzata in PDMS, o alternativamente in materiali, preferibilmente polimerici, aventi una flessibilit? sostanzialmente equivalente.

[0127] Ancora preferibilmente, la membrana di supporto 6 presenta uno spessore maggiore della membrana flessibile 3. Pi? preferibilmente, lo spessore della membrana di supporto 6 ? compreso tra 100nm e 100?m.

[0129] Nella medesima forma realizzativa, preferibilmente, la membrana di supporto 6 comprende almeno un foro passante 61.

[0131] Con riferimento alla figura 3b, l?almeno una membrana flessibile 3 ? preferibilmente sovrapposta alla membrana di supporto 6 e realizzata in continuit? strutturale con la membrana di supporto 6, in corrispondenza di un rispettivo almeno un foro passante 61. In altre parole, come mostrato in figura 3b, ciascuna membrana flessibile 3 ? posta a copertura di un rispettivo foro passante 61 della membrana di supporto 6 sottostante.

[0133] Infatti, secondo un aspetto, l?almeno un foro passante 61 ? conformato per essere disposto al di sotto di una singola cellula contrattile C. In altre parole, nella forma realizzativa di figura 3a e 3b, l?almeno un foro passante 61 ? posto in corrispondenza dell?almeno una zona 34 della superfice superiore 32 della membrana flessibile 3. Ciascuna zona 34 ? atta ad ospitare una cellula contrattile C.

[0135] Ancora preferibilmente, detto almeno un foro passante 61 comprende una pluralit? di fori passanti 61 distribuiti sulla membrana di supporto 6 secondo un pattern predefinito. Nella forma preferita, l?almeno una membrana flessibile 3 comprende una pluralit? di membrane flessibili 3, in cui detta pluralit? di membrane flessibili 3 ? disposta in corrispondenza di detta pluralit? di fori passanti 61. Questo permette vantaggiosamente di valutare simultaneamente il comportamento di una pluralit? di cellule contrattili C.

[0137] In altre parole, la presente forma realizzativa comprende una pluralit? di membrane flessibili 3, avente il medesimo pattern della pluralit? di fori passanti 61, in modo tale che per ciascun foro passante 61 della pluralit? di fori passanti 61 corrisponda una membrana flessibile 3 della pluralit? di membrana flessibili 3.

[0139] Nella forma realizzativa di figura 3a e 3b, essendo la pluralit? di specchi 331 integrata nella superficie inferiore 31 della membrana flessibile 3, la medesima giace conseguentemente in corrispondenza rispetto alla pluralit? di fori passanti 61. Vale a dire che ciascuna membrana flessibile 3 posta a copertura di un foro passante 61, presenta un rispettivo specchio 331 nella sua superficie inferiore 31.

[0140] Nella medesima forma realizzativa, possono essere definite una o pi? unit? funzionali, ciascuna comprendente un singolo foro passante 61, una rispettiva singola membrana flessibile 3 e un rispettivo singolo specchio 331.

[0142] In questo modo, vantaggiosamente, ? possibile determinare la contrazione di una singola cellula contrattile C, in relazione allo spostamento di una singola membrana flessibile 3. In altre parole, sono vantaggiosamente permesse misurazioni indipendenti per una singola cellula contrattile C, anche all?interno di una vasta coltura cellulare.

[0144] Nella suddetta forma realizzativa, l?almeno una cavit? ottica 4 presenta un?estensione corrispondente all?almeno un foro passante 61. Pi? preferibilmente, l?estensione dell?almeno una cavit? ottica 4 corrisponde all?estensione della membrana flessibile 3, ossia a quella di una cellula contrattile C.

[0146] Secondo un ulteriore aspetto, il dispositivo 1 comprende preferibilmente una pluralit? di cavit? ottiche 4, ciascuna definita per ogni foro passante 61. Infatti, una singola cavit? ottica 4 presenta un?estensione corrispondente a una cellula contrattile C.

[0148] Nella forma preferita dell?invenzione, l?almeno un elemento riflettente 33 ? realizzato preferibilmente in oro. Pi? preferibilmente, la pluralit? di specchi 331 ? realizzata in oro.

[0150] In forme di realizzazione alternative, l?elemento riflettente pu? essere realizzato in materiali differenti come il platino o argento.

[0152] Preferibilmente, il film riflettente 23 del substrato 2 ? altres? realizzato in oro. Ancora preferibilmente, il film riflettente 23 presenta uno spessore corrispondente a 100nm, in modo tale da conferire una trasparenza ottica parziale, atta al passaggio della luce riflessa dalla pluralit? di specchi 331.

[0154] Preferibilmente, un singolo specchio 331 della pluralit? di specchi 331 presenta una forma quadrata. Alternativamente, pu? presentare una diversa forma poligonale, ad esempio triangolare, o circolare o ovale/ellittica.

[0156] Secondo la forma di realizzazione preferita, il dispositivo 1 comprende un liquido 5, preferibilmente non volatile, interposto tra l?almeno una membrana flessibile 3 e il substrato 2. Pi? preferibilmente, detto liquido 5 non volatile colma l?almeno una cavit? ottica 4.

[0158] Pi? preferibilmente, il liquido 5 comprende molecole e/o quanti fluorescenti 51. Nella forma preferita, dette molecole e/o quanti fluorescenti risultano disperse in maniera casuale nel liquido 5. Preferibilmente, le molecole e/o quanti 51 corrispondono a molecole di rodamina, composto organico in grado di assorbire la luce aventi lunghezze d?onda ricadenti nell?ultravioletto e nel visibile.

[0160] In uso, le molecole di Rodamina presentano la propriet? di emettere luce, in quanto si tratta di un composto fluorescente. In particolare, le molecole di rodamina sono in grado quindi di riflettere la luce in uno spettro differente rispetto allo spettro della luce incidente.

[0162] Preferibilmente, l?almeno una zona 34 della superficie superiore 32 dell?almeno una membrana flessibile 3 comprende un rispettivo pad poroso destinato ad accogliere una cellula contrattile C. Pi? preferibilmente, l?almeno un pad ? almeno in parte realizzato in oro.

[0163] Nella forma preferita, il dispositivo 1 comprende una pluralit? di pad porosi, aventi una dimensione di 30?m e un passo di 60?m.

[0165] Vantaggiosamente, la presenza di detti pad porosi permette di incrementare l?adesione di una o pi? cellule contrattili C nell?almeno una zona 34 della superficie superiore 32.

[0167] E? altres? oggetto della presente invenzione un sistema 10 per la misura interferometrica della contrazione di almeno un cellula contrattile C.

[0169] Come mostrato in figura 1, il sistema 10 comprende un dispositivo 1, come precedentemente descritto. Comprende, inoltre, una fonte di luce 7 configurata per illuminare l?almeno una cavit? ottica 4 del dispositivo 1 attraverso la faccia inferiore 21 del substrato 2.

[0171] Preferibilmente, la fonte di luce 7 comprende un fascio di eccitazione 71 a banda stretta. Pi? preferibilmente, il fascio di eccitazione 71 presenta una larghezza di banda compresa tra i 521 ? 10nm.

[0173] Alternativamente, pu? essere utilizzata una fonte di luce 7 presente un fascio incidente 71 avente una differente lunghezza d?onda e una differenza larghezza di banda.

[0175] Ulteriormente, il sistema 10 comprende un sistema di rilevamento ottico 8 configurato per acquisire la luce che, riflessa dall?almeno un elemento riflettente 33 e dal film riflettente 23 del dispositivo 1 quando l?almeno una cavit? ottica ? illuminata dalla fonte di luce 7, passa attraverso la faccia inferiore 21 del substrato 2, cos? da generare un segnale di rilevamento.

[0176] Preferibilmente, il sistema di rilevamento ottico 8 comprende una camera CMOS, ossia una camera ad alta sensitivit? comprendente un sensore CMOS. Essendo nota a un tecnico del settore, la camera CMOS non verr? descritta nel seguito della presente descrizione.

[0178] Infine, il sistema comprende altres? un?unit? di elaborazione 9, in comunicazione di segnale con il sistema di rilevamento ottico 8. L?unit? di elaborazione 9 ? configurata per restituire dati interferometrici in funzione del segnale di rilevamento elaborato generato dal sistema di rilevamento ottico 8.

[0180] In altre parole, l?unit? di elaborazione 9 ? in comunicazione di segnale con la CMOS camera ed ? altres? in grado di valutare la forza contrattile di almeno una cellula C, attraverso l?elaborazione dei dati interferenziali, acquisti dal sistema di rilevamento ottico 8.

[0182] La presente invenzione ha come ulteriore oggetto un metodo per eseguire una misurazione interferometrica della contrazione di una cellula contrattile C mediante il sistema 10 prima descritto.

[0184] Il metodo della presente invenzione comprende la fase a) di disporre almeno una cellula contrattile C su una rispettiva almeno una zona 34 della superficie superiore 32 dell?almeno una membrana flessibile 3.

[0186] Il metodo comprende inoltre la fase b) di illuminare l?almeno una cavit? ottica 4 del dispositivo 1, mediante la fonte di luce 7. Come precedentemente descritto, la fonte di luce 7 emette un fascio di luce incidente 71 passante attraverso la superficie inferiore 21 del substrato 21, in quanto trasparente. Il fascio di luce incidente 71 illumina l?almeno una cavit? ottica 4 del dispositivo 1 e, a seguito della riflessione subita, genera un pattern interferenziale. Il pattern interferenziale ? ottenuto in relazione all?orientazione che l?almeno un elemento riflettente 3, subisce a seguito della contrazione di una o pi? cellule contrattili C.

[0188] Successivamente, il metodo comprende la fase c) di generare un segnale di rilevamento misurando la variazione dell?intensit? fluorescente in corrispondenza dell?almeno un elemento riflettente 33 del dispositivo 1, mediante il sistema di rilevamento ottico 8.

[0190] In altre parole, ? possibile misurare la variazione dell?intensit? fluorescente, ossia della luce riflessa, al di sotto dell?almeno un elemento riflettente 33, durante la contrazione di una o pi? cellule contrattili C posizionate sulla superficie superiore 32. In particolare, il movimento tra le frange di interferenza dipende dalla curvatura subita dall?almeno una membrana flessibile 3 lungo il piano orizzontale. Pi? in dettaglio, il movimento tra le frange di interferenza ? posto in relazione al cambiamento di fase della luce riflessa.

[0192] Successivamente, il metodo in accordo con la presente invenzione comprende la fase d) di calcolare la misura interferometrica della contrazione dell?almeno una cellula contrattile C mediante elaborazione della variazione di intensit? fluorescente misurata nella fase precedente.

[0194] In altre parole, il movimento delle frange di interferenza valutato nella fase precedente ? utilizzato per quantificare la curvatura dell?almeno una membrana flessibile 3 associata al movimento delle frange stesse.

[0196] Preferibilmente, la fase di calcolare la misura interferometrica della contrazione dell?almeno una cellula contrattile C prevede l?utilizzo di un software di simulazione elettromagnetica 2D. Pi? preferibilmente, prevede l?utilizzo di un software agli elementi finiti, quale ad esempio COMSOL Multiphysics.

[0198] Preferibilmente, la fase di calcolare la misura interferometrica della contrazione dell?almeno una cellula contrattile C comprende una prima sottofase di eseguire una simulazione in condizioni ideali. Per condizioni ideali, si intende che l?almeno un elemento flessibile 3, pi? preferibilmente la pluralit? di specchi 331, ? disposta parallelamente rispetto film riflettente 23 del substrato 2, ossia parallela rispetto a un piano orizzontale. In questo modo, si utilizza tale simulazione come standard di riferimento.

[0200] Successivamente, la presente fase di calcolare la misura interferometrica della contrazione dell?almeno una cellula contrattile C, comprende una seconda sottofase di eseguire una simulazione in cui la superficie inferiore 31, comprendente la pluralit? di specchi 331, dell?almeno una membrana flessibile 3, ? piegata con un raggio di curvatura variabile tra i 50 e i 150nm. In questo modo, ? possibile ottenere una correlazione diretta tra la curvatura dell?almeno una membrana flessibile 3 e il movimento delle frange di interferenza.

[0202] Preferibilmente, la fase di calcolare la misura interferometrica della contrazione dell?almeno una cellula contrattile C mediante elaborazione della variazione di intensit? fluorescente misurata, prevede la fase di stimare la forza di contrazione dell?almeno una cellula contrattile C.

[0204] In altre parole, una volta ottenuta la relazione tra la curvatura dell?almeno una membrana flessibile 3 e il movimento delle frange di interferenza, ? possibile ottenere una stima della forza di contrazione dell?almeno una cellula contrattile C che ha causato la curvatura dell?almeno una membrana flessibile 3.

[0206] Preferibilmente, l?ulteriore fase di stimare la forza di contrazione dell?almeno una cellula contrattile C prevede l?utilizzo di un modello agli elementi finiti. Pi? preferibilmente, la fase prevede l?utilizzo di un modello di simulazione meccanica 2D, quale ad esempio COMSOL Multiphysics. Tale software prende come input le propriet? meccaniche, in particolare relative alla curvatura dell?almeno una membrana flessibile 3 e restituisce come output una stima della forza contrattile che ha causato la medesima curvatura.

[0208] In accordo con una forma di realizzazione del dispositivo 1 precedentemente descritta, il dispositivo 1 comprende la pluralit? di fori passanti 61 e la corrispondente pluralit? di membrane flessibili 3, in continuit? strutturale con la membrana di supporto 6. In questo caso, giova rilevare che la contrazione cellulare di una cellula contrattile C causa la curvatura della membrana flessibile 3 corrispondente al foro passante 61 su cui ? posizionata detta cellula contrattile C. Pertanto, detta pluralit? di membrane flessibili 3 pu? essere configurata sottoforma di un array e la curvatura di ciascuna membrana flessibile 3 pu? essere misurata simultaneamente con un singolo sistema di rilevamento ottico 8.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI

1. Dispositivo (1) per la misura interferometrica della contrazione di almeno una cellula contrattile (C), caratterizzato dal fatto di comprendere:

- un substrato (2) trasparente, comprendente una faccia inferiore (21) e una opposta faccia superiore (22) rivestita da un film parzialmente riflettente (23);

- almeno una membrana flessibile (3), sovrapposta e distanziata rispetto al substrato (2), presentante una superficie inferiore (31) e una opposta superficie superiore (32), in cui la superficie superiore (32) comprende almeno una zona (34) adatta per la coltura di almeno una cellula contrattile (C) e la superficie inferiore (31) comprende almeno un elemento riflettente (33), posto in corrispondenza di una rispettiva almeno una zona (34) della superficie superiore (32),

- almeno una cavit? ottica (4) definita tra la superficie inferiore della membrana flessibile (3) e detto film riflettente (23) del substrato (2).

2. Dispositivo (1) in accordo con la rivendicazione 1, in cui detto almeno un elemento riflettente (33) comprende una pluralit? di specchi (331) distribuita sulla superficie inferiore (31) dell?almeno una membrana flessibile (3) secondo un pattern predefinito.

3. Dispositivo (1) in accordo con la rivendicazione 1, comprendente una membrana di supporto(6), comprendente almeno un foro passante (61), l?almeno una membrana flessibile (3) essendo sovrapposta alla membrana di supporto (6) ed in continuit?

strutturale con la membrana di supporto (6), in corrispondenza di un rispettivo almeno un foro passante (61).

4. Dispositivo (1) in accordo con la rivendicazione 3, in cui detto almeno un foro passante (61) comprende una pluralit? di fori passanti (61) distribuiti sulla membrana di supporto (6) secondo un pattern predefinito, in cui l?almeno una membrana flessibile (3) comprende una pluralit? di membrane flessibili (3), in cui detta pluralit? di membrane flessibili (3) ? disposta in corrispondenza di detta pluralit? di fori passanti (61).

5. Dispositivo (1) in accordo con la rivendicazione 3 o 4, in cui ciascuna almeno una cavit? ottica (4) presenta un?estensione corrispondente all?almeno un foro passante (61) corrispondente.

6. Dispositivo (1), in accordo con una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui l?almeno un elemento riflettente (33) e il film riflettente (23) sono realizzati in oro.

7. Dispositivo (1) in accordo con una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni 1, comprendente un liquido (5) interposto tra l?almeno una membrana flessibile (3) e il substrato (2).

8. Dispositivo (1) in accordo con la rivendicazione 7, in cui detto liquido (5) comprende molecole e/o quanti fluorescenti (51).

9. Dispositivo (1) in accordo con una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui la almeno una zona (34) della superficie superiore (32) dell?almeno una membrana flessibile (3) comprende un rispettivo pad poroso destinato ad accogliere una cellula contrattile (C), preferibilmente almeno in parte realizzato in oro.

10. Sistema (10) per la misura interferometrica della contrazione di almeno un cellula contrattile (C) comprendente:

- un dispositivo (1), in accordo con una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni;

- una fonte di luce (7) configurata per illuminare l?almeno una cavit? ottica del dispositivo (1) attraverso la faccia inferiore (21) del substrato (2);

- un sistema di rilevamento ottico (8) configurato per acquisire la luce che, riflessa dall?almeno un elemento riflettente (33) e dal film riflettente (23) del dispositivo (1) quando l?almeno una cavit? ottica ? illuminata dalla fonte di luce (7), passa attraverso la faccia inferiore (21) del substrato (2), cos? da generare un segnale di rilevamento;

- un?unit? di elaborazione (9), in comunicazione di segnale con il sistema di rilevamento ottico (8), l?unit? di elaborazione (9) essendo configurata per restituire dati interferometrici in funzione del segnale di rilevamento elaborato.

11. Metodo per eseguire una misurazione interferometrica della contrazione di una cellula contrattile (C) mediante il sistema (10) in accordo con rivendicazione 11, comprendente le seguenti fasi:

a) disporre almeno una cellula contrattile (C) su una rispettiva almeno una zona (34) della superficie superiore (32) dell?almeno una membrana flessibile (3);

b) illuminare la cavit? ottica (4) del dispositivo (1), mediante la fonte di luce (7);

c) generare un segnale di rilevamento misurando la variazione dell?intensit? fluorescente in corrispondenza dell?almeno un elemento riflettente (33) del dispositivo (1), mediante il sistema di rilevamento ottico (8);

d) calcolare la misura interferometrica della contrazione dell?almeno una cellula contrattile (C) mediante elaborazione del segnale di rilevamento ottico generato nella fase precedente.

12. Metodo in cui la fase di calcolare la misura interferometrica della contrazione dell?almeno una cellula contrattile (C), prevede l?ulteriore fase di stimare la forza di contrazione dell?almeno una cellula contrattile (C).

13. Metodo in accordo con la rivendicazione 12, in cui l?ulteriore fase di stimare la forza di contrazione dell?almeno una cellula contrattile (C) prevede l?utilizzo di un modello agli elementi finiti.