WO2022129813A1 - Systeme de mesure des proprietes mecaniques d'un echantillon de peau - Google Patents

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WO2022129813A1
WO2022129813A1 PCT/FR2021/052389 FR2021052389W WO2022129813A1 WO 2022129813 A1 WO2022129813 A1 WO 2022129813A1 FR 2021052389 W FR2021052389 W FR 2021052389W WO 2022129813 A1 WO2022129813 A1 WO 2022129813A1
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WO
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skin
skin sample
sample
traction
measuring
Prior art date
Application number
PCT/FR2021/052389
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Inventor
Christophe Derail
Francis EHRENFELD
Anthony LAFFORE
Corinne Nardin
Bastien BLANCHARD
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Universite De Pau Et Des Pays De L'adour
Centre National De La Recherche Scientifique - Cnrs -
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Publication date
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Priority to EP21854928.5A priority patent/EP4264225A1/fr
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    • G01N33/483—Physical analysis of biological material
    • G01N33/4833—Physical analysis of biological material of solid biological material, e.g. tissue samples, cell cultures
    • G—PHYSICS
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    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/025—Geometry of the test
    • G01N2203/0254—Biaxial, the forces being applied along two normal axes of the specimen

Definitions

  • the present disclosure relates to the field of measuring the mechanical properties of a sample of human or animal skin.
  • the skin has a complex multi-layered structure, stratified by three main layers from the surface to the depth: the epidermis, the dermis and the hypodermis.
  • the structural complexity of the skin gives it mechanical properties: anisotropy, elastic behavior, viscoelastic behavior, heterogeneity.
  • the skin can thus be seen as a complex material whose mechanical response depends on very
  • the extensometer which makes it possible to carry out uniaxial tensile tests in vivo, by fixing two pads to the skin and causing them to move in opposite directions.
  • the pads are glued to the skin in vivo. Bonding is carried out with double-sided adhesive strips or with suitable glues.
  • this technique has drawbacks. Indeed, the use of powerful glues to obtain an effective anchor point can for example damage the superficial layer of the skin during the removal of the pads. Thus, it is difficult to propose it for carrying out tests carried out at the same place of the skin in vivo to evaluate the evolution of the mechanical properties over time.
  • Adhesive strips are less invasive and better tolerated by the patient's skin. However, they do not make it possible to obtain sufficiently strong anchoring points, thus generating a risk of displacement between the pad in contact with the skin and the measurement zone, thus causing erroneous measurements.
  • the current devices are imprecise for monitoring the evolution of the mechanical behavior of the same area of the skin in vivo over time.
  • the current devices are mainly developed for mechanical characterization of the skin in vivo. Indeed, the skin, once removed, loses its mechanical characteristics over time. Also, currently, it is not possible to correctly assess the evolution over time of mechanical properties in skin in vitro. However, in the case of mechanical characterization of the skin in vivo, the devices and methods must be non-invasive, which leads to limitations in the study of mechanical behavior. In the study of the non-linearity of the force-displacement relationship for example, it is not possible to study the phase corresponding to the rupture phase in the case of a characterization of the skin in vivo.
  • the invention proposes to overcome these drawbacks.
  • Another object of the invention is to provide a measuring device capable of performing measurements in different possible directions in the plane of the skin.
  • Another object of the invention is to provide a measuring device capable of performing mechanical tensile stresses parallel to the surface of the ex vivo skin, of which the mechanical properties are maintained over time and to achieve reproducible measurements of the mechanical properties.
  • the subject of the present disclosure is a system for measuring the mechanical properties of an ex vivo or in vitro skin sample
  • a measuring device comprising at least one mechanical stress module suitable for applying to the skin a tensile force in a direction parallel to the surface of the skin sample, said at least one mechanical stress module comprising:
  • traction means being provided with a fixing head capable of being fixed in a zone of the skin sample in order to induce a deformation of the skin sample by axial displacement of said zone of the skin sample;
  • control unit configured to control the means of displacement
  • a calculation unit configured to receive the signals transmitted by the measuring device and to calculate the mechanical properties of the skin from said signals.
  • a plurality of mechanical stress modules being arranged around a center of the device and configured to each exert a tensile force in a radial direction and parallel to the surface of the sample of skin, the axial displacement means and the translation arms are aligned in pairs so as to displace two traction means along a common axis of displacement.
  • the aligned axial displacement means are synchronized so as to simultaneously move two traction means along the common axis.
  • the axial displacement means comprises a piezoelectric nano-positioning table, one end of the translation arm being fixed to a movable part of the piezoelectric nano-positioning table.
  • each biasing module further comprises a manual micrometric displacement table configured to manually adjust the position of the translation arm along one of the axes of displacement.
  • a manual micrometric displacement table configured to manually adjust the position of the translation arm along one of the axes of displacement.
  • the piezoelectric nano-positioning table and the micrometric displacement table are arranged relative to each other so as to have the same axis of displacement.
  • the fixation head is in the form of a rod provided with a thread capable of engaging in the thickness of the skin sample to produce a fixation point in the skin sample.
  • the fixing head is in the form of a straight cylindrical body, one of the bases of the straight cylindrical body being provided with a layer of glue to fix the fixing head to the surface of the skin sample.
  • the traction means comprises a cylindrical fixing body intended to be received in a housing formed in one end of the translation arm and locked in position by means of a clamping element.
  • the measuring device further comprises at least one traction force sensor able to measure the traction force exerted by a traction means.
  • the measuring device further comprises at least one position measuring sensor capable of measuring the position of a translation arm during its movement.
  • the measuring device further comprises at least one imaging means configured to observe the deformation zone of the skin sample generated by the displacement of the fixing heads, the optical axis of said imaging means being oriented along a direction normal to the surface of the skin.
  • FIG. 1 shows a top view of a device for measuring the mechanical properties of a skin sample according to one embodiment
  • FIG. 2 shows a sectional view of the device of FIG. 1 along the axis (BB');
  • FIG. 3 shows a perspective view of the device of Figure 1;
  • FIG. 4 shows an enlarged and perspective view of zone (B) of FIG. 3;
  • FIG. 5 shows an enlarged view of an area (A) of Figure 2;
  • FIG. 6 shows another bottom view of Figure 4.
  • FIG. 7 shows a perspective view of a traction means according to two embodiments of the invention.
  • FIG. 8 schematically represents a sectional view showing two fixation heads in a fixation configuration in the skin
  • FIG. 9 schematically represents the translation of one of the two fixing heads of FIG. 8 along a direction parallel to the surface of the skin, causing a deformation of the fixing zone of the skin by axial displacement;
  • FIG. 10 shows a system for measuring mechanical properties comprising the measuring device according to one embodiment of the invention connected to a control unit and to a calculation unit.
  • FIG. 11 shows the evolution of the complex modulus measured for a sample of pigskin as a function of the stress frequency.
  • the term "mechanical properties” means the physical parameters that can be defined from the deformation of the skin subjected to mechanical stress. Indeed, by analyzing the mechanical responses to the imposed deformation, it is possible to trace the elastic, viscoelastic and plastic properties of the skin.
  • ex vivo skin sample means a sample of skin taken from a living body and which is kept alive throughout the duration of the measurement of the mechanical properties by a nutritional solution. . Therefore, the ex vivo skin sample functions normally like the in vivo skin for a fixed period of time.
  • sample of skin in vitro means a sample of synthetic skin produced in the laboratory.
  • studies on the skin in vitro do not make it possible to characterize the natural functioning of the skin which is no longer alive.
  • FIG. 1 schematically represents a top view of the device 10 for measuring the mechanical properties of a skin sample ex vivo or in vitro according to one possible embodiment.
  • the device of the present disclosure can be used on any type of skin sample.
  • the device of the present disclosure has more particularly been designed with the aim of characterizing the mechanical properties of an ex vivo skin sample maintained in a fixed position on a nutritional medium which makes it possible to maintain the mechanical properties of the skin sample for a duration of at least seven days.
  • the technique of life maintenance of an ex vivo skin sample is described in the document WO2013164436.
  • the measuring device of Figure 1 comprises four mechanical stress modules 20, 40, 70, 80 which are each capable of applying traction in a direction parallel to the surface of the skin, thus making it possible to exert at least four tensile tests simultaneously in the plane of the skin.
  • the mechanical stress modules operate in pairs.
  • the module 20 and the module 40 are arranged opposite and exert traction along a common axis (BB') in the opposite direction.
  • the mechanical stress modules 70 and 80 are arranged opposite and exert traction along a common axis (AA') in the opposite direction.
  • the axes (AA') and (BB') are parallel to the surface of the skin.
  • the four mechanical load modules 20, 40, 70 and 80 are supported by a frame 100 intended to be placed and stabilized on a horizontal surface of a table for example.
  • the frame comprises a base 103 forming a substantially horizontal surface which extends in a horizontal plane (XY).
  • the center of the base 103 is provided with a substantially circular opening 104.
  • the two axes (AA') and (BB') intersect at a point located approximately at the center of the opening.
  • Base 103 also includes a passageway 105 that extends from central opening 104 to an edge of the base.
  • the measuring device 10 comprises a sample holder 5 visible in FIG. 2 in which the skin sample is positioned post mortem, ex vivo or in vitro.
  • the sample holder is mounted on a platen 60 movable in a vertical direction (Z Z') normal to the surface of the skin and slidably mounted in a sliding means 61 such as a rail in a direction parallel to the plane (XY) of the horizontal surface 1.
  • the rail extends along the axis (YY'), in the passage 105.
  • the skin sample is placed in the center of the opening 104 using two positioning adjustments, along the axis (YY') in a horizontal direction and along the axis (ZZ') in a vertical direction.
  • the frame 100 comprises fixing means 101, 102 to fix the base 103 by suction cup effect on the horizontal surface 1. Any other fixing means can be envisaged.
  • the function of the base 103 is to provide stability to the mechanical stress modules 20, 40, 70, 80 when using the device.
  • the skin sample is placed under traction means.
  • Figure 2 are visible the traction means 30, 50 belonging respectively to the mechanical stress modules 20, 40.
  • the first mechanical stress module 20 comprises a first translation arm 21 connected on the one hand to a first traction means 30 and on the other hand to a first displacement means 24.
  • the first traction means 30 comprises a attachment head 31 (visible in Figure 4) intended to be attached to the skin sample during the tensile test.
  • the first moving means 24 moves the translation arm 21, the latter also moves the traction means 30 along the axis (BB').
  • the first traction means 30 makes it possible to induce a deformation of the skin sample by axial displacement of a first attachment point of the skin sample along the axis (BB').
  • the second mechanical stress module 40 comprises a second translation arm 41 connected on the one hand to a second traction means 50 and on the other hand to a second displacement means 44.
  • the second traction means 50 comprises a attachment head 51 (visible in FIG. 4) intended to be attached to the skin sample during the tensile test.
  • the second moving means 44 moves the translation arm 41, the latter also moves the traction means 50 along the axis (BB').
  • the second traction means 50 makes it possible to induce a deformation of the skin sample by axial displacement of a second point of attachment of the sample along the axis (BB').
  • the third module 70 and the fourth module 80 are structurally identical to the second module 40 and to the first module 20 respectively. fixation of the sample along the axis (AA').
  • the function of the two modules 20, 40 is to exert an opposing tensile force along a common axis (BB').
  • the two modules 70, 80 have the function of exerting an opposing traction force along a common axis (AA').
  • the mechanical stress modules 20, 40, 70, 80 are arranged around the center of the base 100. More specifically, they are aligned two by two along the 'axis (BB') and the axis (AA') with the traction means positioned opposite and positioned substantially at the center of the base 103. It is noted that the two horizontal translation axes (AA') and (BB') intersect at a point located substantially in the center of the opening 104 of the base 103. The skin sample is placed in the center of the opening of the base, under the traction means carried by the four mechanical stress modules.
  • the moving means comprises a piezoelectric nano-positioning table 24, 44, 74, 84.
  • One end of the translation arm 21, 41, 71, 81 is fixed to a movable part of the piezoelectric nano-positioning table for moving the traction means.
  • the piezoelectric nano-positioning table makes it possible to control the deformation of the sample by axial displacement of the translation arm.
  • the piezoelectric nano-positioning tables of the aligned mechanical stress modules are also aligned in pairs with respect to each other so as to have the same axis of shift.
  • the piezoelectric nano-positioning table 24 associated with the module 20 and the piezoelectric nano-positioning table 44 associated with the module 40 have the same displacement axis (BB').
  • the nano-positioning table piezoelectric 74 associated with the module 70 and the piezoelectric nano-positioning table 84 associated with the module 80 have the same axis of movement (AA').
  • the aligned piezoelectric displacement tables are synchronized so that the displacements of the traction means are synchronized.
  • the pulling force exerted by the opposing displacements of the aligned piezoelectric tables has the same value at any point on the axis of displacement.
  • only one traction force sensor is needed to measure the traction force per axis of displacement between the two aligned piezoelectric nano-positioning tables.
  • the measuring device comprises a single traction force sensor 22, 82 per pair of aligned mechanical stress modules, in other words per axis of displacement.
  • the force sensor 22, 82 is arranged at the level of the translation arm 21, 81 which comprises a first part 21 A, 81 A and a second part 21 B, 81 B. The two parts are connected together by the through a force sensor.
  • the translation arms of the other two modules are formed in one piece in one piece.
  • the measuring device further comprises a position measuring sensor 27, 87 per pair of aligned mechanical stress modules, in other words per displacement axis.
  • a position measuring sensor 27, 87 per pair of aligned mechanical stress modules, in other words per displacement axis.
  • the position measurement sensor is a laser sensor. The laser sensor thus makes it possible to deduce the actual deformation of the skin sample under the effect of an axial displacement of a fixation point of the skin sample.
  • each solicitation module further comprises a manual micrometric displacement table 25, 45, 75, 85 which makes it possible to manually adjust the position of the arm of translation along one of the translation axes before the start of the tensile test.
  • the piezoelectric nano-positioning table and the micrometric displacement table are arranged relative to each other so as to have the same axis of displacement.
  • the nano table piezoelectric positioning is fixed on a movable part of the manual micrometric displacement table.
  • the micrometric displacement table is itself fixed to the base 103 of the frame 100.
  • the two manual micrometric displacement tables 25, 45 are also aligned relative to each other so as to have the same axis of movement.
  • the four displacement tables 24, 44, 25, 45 are aligned along the axis (BB').
  • the traction means 30, 50 comprises a main axis Z1, Z2 oriented in a vertical direction substantially normal to the surface of the skin.
  • the traction means 30, 50 comprises a substantially cylindrical body 34, 54 having at one end provided with a fixing head 31, 51, intended to be fixed to the skin 3 during the operation of the measuring device 10.
  • the traction means 30, 50 is fixed by mechanical fixing means to the tip 23, 43 of the translation arm 21, 41.
  • a housing 28, 48 is made in the tip 23, 43.
  • the cylindrical body 34 , 54 of the traction means 30, 50 is received in the housing 28, 48 and locked in position using a clamping element 29, 49.
  • the traction means 30, 50 further comprises a bearing surface ring 32, 52 located at the end of the cylindrical body which is provided with the fixing head. This bearing surface 32, 52 is able to bear against the periphery of the housing 28, 48 when the cylindrical body 34, 54 of the traction means 30, 50 is inserted into the housing.
  • the traction means 30, 50 is removably and interchangeably mounted relative to the translation arm 21, 41. As shown in Figure 5, once mounted on the tips 23, 43 of the translation arms 21, 41, the two fixing heads 31, 51 are spaced apart by a distance D which can be adjusted manually using the micrometric displacement table 25, 45 which are visible in Figure 3.
  • the fixing head is in the form of a fixing rod provided with a thread 33, 53 allowing the rod to be fixed in the thickness of the skin by effect of screwing.
  • the fixing head 91 is in the form of a substantially cylindrical body 93, the base 95 of which is provided with a layer of glue making it possible to fix the fixing head to the surface of the skin.
  • This layer of glue can be, for example, a layer of epoxy or any other glue suitable for fixing the fixing head to the surface of the skin.
  • this second embodiment of the fixation head is used to obtain a fixation point on the skin sample
  • the traction means 30, 50 are then taken out of the measurement zone, that is to say the center of the base with the fixing heads glued on the surface of the skin sample.
  • Figure 8 an ex vivo skin sample 3 held in a fixed position in a nutritional medium 2.
  • the assembly is contained in the sample holder or container 5.
  • Two fixing heads 31 and 51 are fixed by screwing effect in the thickness of the skin.
  • the two fixing heads are moved by the moving means along a common axis along a direction parallel to the surface of the skin.
  • the displacement of each fixing head is represented by a double arrow.
  • the measuring device also comprises an imaging means 110 configured to observe and record the deformation zone of the surface of the skin generated by the movement of the fixing heads.
  • the imaging means 110 can be a color camera positioned above the skin of the surface with the optical axis (Z3) oriented in a direction normal to the surface of the skin, with magnifications adaptable but can also be a more precise microscopy device.
  • Figure 9 is shown the movement of one of the fixing heads from an initial position Lo to a position Li in which the fixing head exerts a tensile force on the skin, causing a deformation or an extension of the skin which is represented in FIG. 9 by the distance AL traveled by the fixing head.
  • the skin displacement is measured by the laser position sensor 27 (visible in Figure 3) without short-range contact projected and aligned with the axis of the translation arm 21 which moves the fixation head 31 .
  • FIG. 10 schematically represents a system 200 for measuring the mechanical properties comprising the device 10 for measuring the mechanical properties, a unit 202 for controlling the means of displacement and a calculation unit 203.
  • the system 200 also includes other means that make it possible to characterize the skin sample, for example a radiation diffusion system, an ellipsometer or an epi-fluorescence microscope.
  • the control unit 202 comprises a control program which controls the moving means 24, 44, 74, 84 of the measuring device 10 to move the translation arms, which move the corresponding fixing head in translation in the plan of the skin sample.
  • the traction force sensors 22, 42, the position measurement sensors 27, 47 and the imaging means 110 are connected to the control unit 202.
  • the control unit is configured to control the displacement means according to a stress frequency of between 0.1 mHz and 1 Hz.
  • the shape of the stress frequency can be sinusoidal, triangular or rectangular. More precisely, the control unit 202 is configured to control the displacement of the translation arm in a sinusoidal or triangular or rectangular manner, by varying various parameters such as the frequency of stress and the deformation of the sample.
  • the stress frequency can vary between 0.1 mHz and 1 Hz, preferably between 0.1 Hz and 1 Hz and the deformation of the sample can vary between 0.001% and 10%.
  • the calculation unit 203 is configured to receive signals transmitted by the sensors of the measuring device. All of the signals measured by the sensors of the measuring device are then processed by the calculation unit 203 to calculate the mechanical properties of the skin, in particular to plot the stress as a function of the deformation.
  • the measurement of the complex modulus as a function of the stress frequency allows a breakdown into two values: the real part in phase with the solicitation signal makes it possible to characterize the elastic properties of the skin and the imaginary part makes it possible to characterize the dissipation properties of the skin.
  • Figure 11 represents, by way of example, the measurements of the two values at different stress frequencies on a sample of pigskin at a temperature of 25°C.
  • the round dots correspond to the storage modulus and the square dots correspond to the dissipation modulus.
  • the device 10 of the present disclosure has been designed to make it possible to measure the mechanical properties of a sample of human skin ex vivo or in vitro as a function of several parameters.
  • the device makes it possible to impose a deformation on the sample and measure the stress resulting from this deformation.
  • the mechanical stresses are carried out with tractions in different directions in the plane of the skin and with different frequencies.
  • the stress-strain curves obtained by the device at different frequencies make it possible to probe the elastic, plastic and viscoelastic properties of the skin subjected to stress.
  • the device of the present disclosure is particularly suitable for monitoring the evolution over time of the mechanical properties of an ex vivo skin sample kept fixed on a nutritional medium for a period of several days and for establishing a link with any changes in the mechanical properties of the skin or the structure of the skin induced by an external product.
  • the fact of maintaining the skin ex vivo on a nutritional medium allows the skin to keep its mechanical properties as described in the document in the document WO2013164436, unlike an in vitro sample.
  • the device makes it possible to continuously monitor over time over several days the deformation of the skin and the return of the skin to its state of equilibrium by maintaining attachment points in position on the same area of the skin for throughout the duration of the test, making it possible to obtain precise and reproducible measurements of the mechanical properties of the skin.
  • the device of the present disclosure can find application in the field of cosmetics and medicine and any field relating to human skin.
  • the device makes it possible, for example, from measurements of mechanical properties, to evaluate the modifications of healthy skin over time due to the effect of cosmetic products such as moisturizing creams, sunscreens or anti-aging creams.
  • measurements of mechanical properties make it possible, for example, to monitor the effect of products applied to promote healing or to treat an injured area. It is also possible to follow the evolution of the mechanical behavior of an area of the skin damaged by various actions such as confinement under a dressing, bedsores under the effect of friction.
  • the device also makes it possible to follow the evolution of the mechanical properties of the skin in the face of environmental aggressions such as environmental pollution or the aggression of the sun's rays.

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Abstract

La présente divulgation concerne un système de mesure des propriétés mécaniques (10) d'un échantillon de peau (3) ex vivo ou in vitro comprenant un dispositif de mesure comprenant au moins un module de sollicitation mécanique (20, 40) apte à appliquer à la peau une force de traction selon une direction parallèle à la surface de l'échantillon de peau (3), ledit au moins un module de sollicitation mécanique (20, 40) comprenant : - un moyen de traction (30, 50) mobile en translation selon une direction parallèle à la surface de l'échantillon de peau (3); - un bras de translation (21, 41) relié d'une part au moyen de traction (30, 50) et d'autre part à un moyen de déplacement axial; - une extrémité dudit moyen de traction étant munie d'une tête de fixation (31, 51) apte à venir se fixer dans une zone de l'échantillon de peau (3) afin d'induire une déformation de l'échantillon de peau par déplacement axial de ladite zone de l'échantillon de peau - une unité de contrôle (202) configurée pour commander le moyen de déplacement selon une fréquence de sollicitation comprise entre 0,1 mHz et 1Hz, et - une unité de calcul (203) configurée pour recevoir les signaux transmis par le dispositif de mesure et calculer les propriétés mécaniques de la peau à partir desdits signaux.

Description

Description
SYSTEME DE MESURE DES PROPRIETES MECANIQUES D'UN ECHANTILLON DE PEAU
Domaine technique
[0001] La présente divulgation relève du domaine des mesures des propriétés mécaniques 5 d’un échantillon de peau humaine ou animale.
[0002] Plus particulièrement, elle concerne les dispositifs de mesure des propriétés mécaniques d’un échantillon de peau ex vivo ou in vitro déposé et maintenu fixé sur un milieu nutritionnel.
Technique antérieure
10 [0003] La peau a une structure multicouche complexe, stratifiée de trois couches principales depuis la surface vers la profondeur : l’épiderme, le derme et l’hypoderme. La complexité structurelle de la peau lui confère des propriétés mécaniques : anisotropie, comportement élastique, comportement viscoélastique, l’hétérogénéité. La peau peut ainsi être vue comme un matériau complexe dont la réponse mécanique dépend de très
15 nombreux facteurs propres à l’homme et à son environnement de vie : l’âge, le sexe, la santé, l’alimentation, l’environnement, la zone du corps humain.
[0004] L’étude des propriétés mécaniques de la peau en réponse à une sollicitation mécanique in vivo permet d’obtenir un certain nombre d’informations d’une importance capitale dans de très nombreux domaines de la cosmétique, de la chirurgie et de la
20 médecine. Il est ainsi connu de mesurer les propriétés mécaniques de la peau afin d’évaluer par exemple l’état de la peau saine, ou les modifications induites par des produits extérieurs appliqués sur une zone d’intérêt de la peau.
[0005] Parmi les sollicitations mécaniques auxquelles sont soumises la peau pour mesurer les propriétés mécaniques, une catégorie importante de sollicitations mécaniques à
25 appliquer sont des tractions dans le plan de la peau. Les réponses mécaniques de la peau sollicitées sont ensuite mesurées par différents capteurs.
[0006] Actuellement, il existe des dispositifs de sollicitation mécanique permettant d’exercer les tractions dans le plan de la peau.
[0007] On connaît par exemple l’extensomètre qui permet de réaliser des tests de traction 30 uni-axiale in vivo, en fixant deux patins sur la peau et en les faisant se déplacer dans des directions opposées. Les patins sont collés sur la peau in vivo. Le collage est réalisé avec des bandes adhésives double-face ou avec des colles adaptées. [0008] Cette technique présente cependant des inconvénients. En effet, l’utilisation des colles puissantes pour obtenir un point d’ancrage efficace peut par exemple endommager la couche superficielle de la peau lors de l’enlèvement des patins. Ainsi, il est difficile de la proposer pour réaliser des essais effectués au même endroit de la peau in vivo pour évaluer l’évolution des propriétés mécaniques dans le temps.
[0009] Les bandes adhésives sont moins invasives et mieux tolérées par la peau du patient. Cependant elles ne permettent pas d’obtenir des points d’ancrage suffisamment forts, engendrant ainsi un risque de déplacement entre le patin en contact avec la peau et la zone de mesure, provoquant alors des mesures erronées.
[0010] Ainsi, les dispositifs actuels sont peu précis pour un suivi de l’évolution du comportement mécanique d’une même zone de la peau in vivo dans le temps.
[0011] Selon un autre inconvénient, entre deux tests espacés dans le temps dans le cas d’un suivi sur plusieurs jours par exemple de la peau in vivo, les patins doivent pouvoir être enlevés entre deux tests et repositionnés, ce qui peut induire des imprécisions sur la localisation de la zone étudiée qui peut impacter sur la reproductibilité des résultats des tests.
[0012] Selon un autre inconvénient, les dispositifs actuels sont principalement développés pour une caractérisation mécanique de la peau in vivo. En effet, la peau, une fois prélevée, perd dans le temps ses caractéristiques mécaniques. Aussi, actuellement, il n’est pas possible d’évaluer correctement l’évolution dans le temps des propriétés mécaniques dans une peau in vitro. Cependant dans le cas d’une caractérisation mécanique de la peau in vivo, les dispositifs et les méthodes doivent être non-invasifs, ce qui entraînes des limites dans l’étude des comportements mécaniques. Dans l’étude de la non-linéarité de la relation force-déplacement par exemple, il n’est pas possible d’étudier la phase correspondant à la phase de rupture dans le cas d’une caractérisation de la peau in vivo.
[0013] L’ invention propose de pallier ces inconvénients.
[0014] Ainsi, on cherche à résoudre les problèmes posés par l’art antérieur en mettant au point un dispositif de mesure capable d’évaluer les propriétés mécaniques de la peau ex vivo qui soit précis, économique et facile d’utilisation.
[0015] Un autre but de l’invention est de proposer un dispositif de mesure apte à effectuer des mesures dans différentes directions possibles dans le plan de la peau.
[0016] Un autre but de l’invention est de proposer un dispositif de mesure apte à réaliser des sollicitations mécaniques de traction parallèlement à la surface de la peau ex vivo dont les propriétés mécaniques sont maintenues dans le temps et à réaliser des mesures reproductibles des propriétés mécaniques.
Résumé
[0017] A cet effet, la présente divulgation a pour objet un système de mesure des propriétés mécaniques d’un échantillon de peau ex vivo ou in vitro comprenant un dispositif de mesure comprenant au moins un module de sollicitation mécanique apte à appliquer à la peau une force de traction selon une direction parallèle à la surface de l’échantillon de peau, ledit au moins un module de sollicitation mécanique comprenant :
- un moyen de traction mobile en translation selon une direction parallèle à la surface de l’échantillon de peau;
- un bras de translation relié d’une part au moyen de traction et d’autre part à un moyen de déplacement axial apte à déplacer le moyen de traction;
- une extrémité dudit moyen de traction étant munie d’une tête de fixation apte à venir se fixer dans une zone de l’échantillon de peau afin d’induire une déformation de l’échantillon de peau par déplacement axial de ladite zone de l’échantillon de peau ;
- une unité de contrôle configurée pour commander le moyens de déplacement, et
- une unité de calcul configurée à recevoir les signaux transmis par le dispositif de mesures et à calculer les propriétés mécaniques de la peau à partir desdits signaux.
[0018] Selon un mode de réalisation de l’invention, une pluralité de modules de sollicitation mécanique étant agencés autour d’un centre du dispositif et configurés pour exercer chacun une force de traction selon une direction radiale et parallèle à la surface de l’échantillon de peau, les moyens de déplacement axial et les bras de translation sont alignés deux à deux de manière à déplacer deux moyens de tractions selon un axe de déplacement commun.
[0019] Selon un mode de réalisation de l’invention, les moyens de déplacement axial alignés sont synchronisés de manière à déplacer simultanément deux moyens de traction selon l’axe commun.
[0020] Selon un mode de réalisation de l’invention, le moyen de déplacement axial comprend une table de nano-positionnement piézo-électrique, une extrémité du bras de translation étant fixée sur une partie mobile de la table de nano-positionnement piézoélectrique.
[0021] Selon un mode de réalisation de l’invention, chaque module de sollicitation comprend en outre une table de déplacement micrométrique manuelle configurée pour régler manuellement la position du bras de translation suivant l’un des axes de déplacement. [0022] De préférence, la table de nano-positionnement piézoélectrique et la table de déplacement micrométrique sont agencées l’une par rapport à l’autre de manière à avoir un même axe de déplacement.
[0023] Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants peuvent, optionnellement, être mises en oeuvre, indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
[0024] La tête de fixation se présente sous la forme d’une tige munie d’un filetage apte à venir s’engager dans l’épaisseur de l’échantillon de peau pour réaliser un point de fixation dans l’échantillon de peau.
[0025] La tête de fixation se présente sous la forme d’un corps cylindrique droit, une des bases du corps cylindrique droit étant munie d’une couche de colle pour fixer la tête de fixation à la surface de l’échantillon de peau.
[0026] Le moyen de traction comprend un corps cylindrique de fixation destiné à être reçu dans un logement réalisé dans une extrémité du bras de translation et bloqué en position à l’aide d’un élément de serrage.
[0027] Selon un exemple de réalisation de l’invention, le dispositif de mesure comprend en outre au moins un capteur de force de traction apte à mesurer la force de traction exercée par un moyen de traction.
[0028] Selon un autre exemple de réalisation de l’invention, le dispositif de mesure comprend en outre au moins un capteur de mesure de position apte à mesurer la position d’un bras de translation pendant son déplacement.
[0029] Selon un autre exemple de réalisation de l’invention, le dispositif de mesure comprend en outre au moins un moyen d’imagerie configuré pour observer la zone de déformation de l’échantillon de peau engendrée par le déplacement des têtes de fixation, l’axe optique dudit moyen d’imagerie étant orienté selon une direction normale à la surface de la peau.
Brève description des dessins
[0030] D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
Fig. 1
[0031] [Fig. 1] montre une vue de dessus d’un dispositif de mesure des propriétés mécaniques d’un échantillon de peau selon un mode de réalisation ; Fig. 2
[0032] [Fig. 2] montre une vue en coupe du dispositif de la figure 1 selon l’axe (BB’) ;
Fig. 3
[0033] [Fig. 3] montre une vue en perspective du dispositif de la figure 1 ;
Fig. 4
[0034] [Fig. 4] montre une vue agrandie et en perspective de la zone (B) de la figure 3 ;
Fig. 5
[0035] [Fig. 5] montre une vue agrandie d’une zone (A) de la figure 2 ;
Fig. 6
[0036] [Fig. 6] montre une autre vue de dessous de la figure 4 ;
Fig. 7
[0037] [Fig. 7] montre une vue en perspective d’un moyen de traction selon deux exemples de réalisation de l’invention ;
Fig. 8
[0038] [Fig. 8] représente schématiquement une vue en coupe montrant deux têtes de fixation dans une configuration de fixation dans la peau ;
Fig. 9
[0039] [Fig. 9] représente schématiquement la translation d’une des deux têtes de fixation de la figure 8 selon une direction parallèle à la surface de la peau, engendrant une déformation de la zone de fixation de la peau par déplacement axial ;
Fig. 10
[0040] [Fig. 10] montre un système de mesure des propriétés mécaniques comprenant le dispositif de mesure selon un mode de réalisation de l’invention relié à une unité de contrôle et à une unité de calcul.
Fig. 11
[0041] [Fig. 11] montre l’évolution du module complexe mesuré pour un échantillon de peau de porc en fonction de la fréquence de sollicitation.
Description des modes de réalisation
[0042] Dans le cadre de la présente divulgation, on entend par « propriétés mécaniques », les paramètres physiques pouvant être définis à partir de la déformation de la peau soumise à une contrainte mécanique. En effet, en analysant les réponses mécaniques à la déformation imposée, il est possible de remonter aux propriétés élastiques, viscoélastiques et plastiques de la peau.
[0043] Lorsqu’une traction est exercée sur la peau, on assiste à une extension de la peau due aux réseaux élastiques dermiques. Lorsque l’effort cesse, la peau se rétracte avec un retour élastique vers son état initial. En cas d’extension importante, la déformation est plastique et irréversible.
[0044] Dans le cadre de la présente divulgation, on entend par « échantillon de peau ex vivo » un échantillon de peau prélevé d’un corps vivant et qui est maintenu vivant pendant toute la durée de la mesure des propriétés mécaniques par une solution nutritionnelle. Par conséquent, l’échantillon de peau ex vivo fonctionne normalement comme la peau in vivo pendant une durée déterminée.
[0045] Dans le cadre de la présente invention, on entend par « échantillon de peau in vitro » un échantillon de peau synthétique réalisé en laboratoire. Toutefois les études sur la peau in vitro ne permettent pas de caractériser le fonctionnement naturel de la peau qui n’est plus vivante.
[0046] La figure 1 représente schématiquement une vue de dessus du dispositif 10 de mesure des propriétés mécaniques d’un échantillon de peau ex vivo ou in vitro selon un mode de réalisation possible.
[0047] Le dispositif de la présente divulgation peut être utilisé sur tout type d’échantillon de peau. Le dispositif de la présente divulgation a tout particulièrement été conçu dans un but de caractériser des propriétés mécaniques d’un échantillon de peau ex vivo maintenu en position fixe sur un milieu nutritionnel qui permet de maintenir les propriétés mécaniques de l’échantillon de peau pour une durée d’au moins sept jours. La technique de la maintenance en vie d’un échantillon de peau ex vivo est décrit dans le document WO2013164436.
[0048] Le dispositif de mesure de la figure 1 comprend quatre modules de sollicitation mécanique 20, 40, 70, 80 qui sont aptes à appliquer chacun une traction selon une direction parallèle à la surface de la peau, permettant ainsi d’exercer au moins quatre tests de traction simultanément dans le plan de la peau.
[0049] Selon un mode de réalisation de l’invention, les modules de sollicitation mécanique fonctionnent par pair. Sur la figure 1 , le module 20 et le module 40 sont agencés en regard et exercent des tractions suivant un axe commun (BB’) en sens opposé. De manière similaire, les modules de sollicitations mécaniques 70 et 80 sont agencés en regard et exercent des tractions suivant un axe commun (AA’) en sens opposé. Les axes (AA’) et (BB’) sont parallèles à la surface de la peau.
[0050] Les quatre modules de sollicitation mécaniques 20, 40, 70 et 80 sont supportés par un bâti 100 destiné à être posé et stabilisé sur une surface horizontale d’une table par exemple. Le bâti comprend une base 103 formant une surface sensiblement horizontale qui s’étend dans un plan horizontal (XY). Le centre de la base 103 est muni d’une ouverture 104 sensiblement circulaire. Les deux axes (AA’) et (BB’) sont sécants en un point situé sensiblement au centre de l’ouverture. La base 103 comprend également un passage 105 qui s’étend depuis l’ouverture centrale 104 vers un bord de la base.
[0051] Le dispositif de mesure 10 comprend un porte-échantillon 5 visible sur la figure 2 dans lequel est positionné l’échantillon de peau post mortem, ex vivo ou in vitro. Le porte- échantillon est monté sur une platine 60 mobile selon une direction verticale (Z Z’) normale à la surface de la peau et montée coulissante dans un moyen de coulissement 61 tel qu’un rail selon une direction parallèle au plan (XY) de la surface horizontale 1. Sur la figure 1 , le rail s’étend selon l’axe (YY’), dans le passage 105. Ainsi, l’échantillon de peau est placé au centre de l’ouverture 104 à l’aide de deux réglages de positionnement, suivant l’axe (YY’) dans une direction horizontale et suivant l’axe (ZZ’) selon une direction verticale.
[0052] En référence à la figure 2, le bâti 100 comprend des moyens de fixation 101 , 102 pour fixer la base 103 par effet ventouse sur la surface horizontale 1 . Tout autre moyen de fixation peut être envisagé. La fonction de la base 103 est de procurer la stabilité aux modules de sollicitation mécanique 20, 40, 70, 80 lors de l’utilisation du dispositif. L’échantillon de peau est placé sous des moyens de traction. Sur la figure 2 sont visibles les moyens de traction 30, 50 appartenant respectivement aux modules de sollicitation mécanique 20, 40.
[0053] En référence aux figures 3 et 4 qui est une vue agrandie d’une zone B de la figure 3, les modules de sollicitation mécanique sont décrits plus en détail ci-dessous.
[0054] Le premier module de sollicitation mécanique 20 comprend un premier bras de translation 21 relié d’une part à un premier moyen de traction 30 et d’autre part à un premier moyen de déplacement 24. Le premier moyen de traction 30 comprend une tête de fixation 31 (visible sur la figure 4) destinée à venir se fixer à l’échantillon de peau pendant le test de traction. Lorsque le premier moyen de déplacement 24 déplace le bras de translation 21 , ce dernier déplace également le moyen de traction 30 suivant l’axe (BB’). Le premier moyen de traction 30 permet d’induire une déformation de l’échantillon de peau par déplacement axial d’un premier point de fixation de l’échantillon de peau suivant l’axe (BB’). [0055] Le deuxième module de sollicitation mécanique 40 comprend un deuxième bras de translation 41 relié d’une part à un deuxième moyen de traction 50 et d’autre part à un deuxième moyen de déplacement 44. Le deuxième moyen de traction 50 comprend une tête de fixation 51 (visible sur la figure 4) destinée à venir se fixer à l’échantillon de peau pendant le test de traction. Lorsque le deuxième moyen de déplacement 44 déplace le bras de translation 41 , ce dernier déplace également le moyen de traction 50 suivant l’axe (BB’). Le deuxième moyen de traction 50 permet d’induire une déformation de l’échantillon de peau par déplacement axial d’un deuxième point de fixation de l’échantillon suivant l’axe (BB’).
[0056] Le troisième module 70 et le quatrième module 80 sont identiques structurellement respectivement au deuxième module 40 et au premier module 20. Leur moyen de traction respectif permet d’induire également une déformation de l’échantillon par déplacement axial de deux autres points de fixation de l’échantillon suivant l’axe (AA’).
[0057] Les deux modules 20, 40 ont pour fonction d’exercer une force de traction opposée suivant un axe commun (BB’). Les deux modules 70, 80 ont pour fonction d’exercer une force de traction opposée suivant un axe commun (AA’).
[0058] Sur l’exemple de réalisation illustré sur les figures 1 et 3, les modules de sollicitation mécanique 20, 40, 70, 80 sont agencés autour du centre de la base 100. Plus précisément, ils sont alignés deux à deux suivant l’axe (BB’) et l’axe (AA’) avec les moyens de traction positionnés en regard et positionnés sensiblement au centre de la base 103. On note que les deux axes de translation horizontale (AA’) et (BB’) sont sécants en un point situé sensiblement au centre de l’ouverture 104 de la base 103. L’échantillon de peau est placé au centre de l’ouverture de la base, sous les moyens de traction portés par les quatre modules de sollicitation mécanique.
[0059] Selon une forme de réalisation, le moyen de déplacement comprend une table de nano-positionnement piézoélectrique 24, 44, 74, 84. Une extrémité du bras de translation 21 , 41 , 71 , 81 est fixée sur une partie mobile de la table de nano-positionnement piézoélectrique pour déplacer le moyen de traction. La table nano-positionnement piézoélectrique permet de contrôler la déformation de l’échantillon par déplacement axial du bras de translation. Afin d’exercer une force de traction opposée suivant un axe commun, les tables de nano-positionnement piézoélectrique des modules de sollicitation mécanique alignés sont également alignées deux à deux l’une par rapport à l’autre de manière à avoir un même axe de déplacement. La table de nano-positionnement piézoélectrique 24 associée au module 20 et la table de nano-positionnement piézoélectrique 44 associée au module 40 ont le même axe de déplacement (BB’). La table de nano-positionnement piézoélectrique 74 associée au module 70 et la table de nano-positionnement piézoélectrique 84 associée au module 80 ont le même axe de déplacement (AA’).
[0060] Selon un mode de réalisation de l’invention de la présente divulgation, les tables de déplacement piézo-électrique alignées sont synchronisées de sorte que les déplacements des moyens de traction soient synchronisés. Dans cette configuration, la force de traction exercée par les déplacements opposés des tables piézo-électriques alignées a la même valeur en tout point sur l’axe de déplacement. Ainsi, un seul capteur de force de traction est nécessaire pour mesurer la force de traction par axe de déplacement entre les deux tables de nano-positionnement piézo-électrique alignées.
[0061] Selon une forme de réalisation avantageuse de la présente divulgation, le dispositif de mesure comprend un seul capteur de force de traction 22, 82 par paire de modules de sollicitation mécanique alignés, en d’autres termes par axe de déplacement. Sur l’exemple de réalisation illustré sur la figure 3, seuls le premier module 20 et le quatrième module 80 sont équipés par exemple d’un tel capteur de force de traction. Plus précisément, le capteur de force 22, 82 est agencé au niveau du bras de translation 21 , 81 qui comprend une première partie 21 A, 81 A et une seconde partie 21 B, 81 B. Les deux parties sont connectées ensemble par l’intermédiaire d’un capteur de force. Les bras de translation des deux autres modules sont formés d’une pièce en un seul tenant.
[0062] Le dispositif de mesure comprend en outre un capteur de mesure de position 27, 87 par paire de modules de sollicitation mécanique alignés, en d’autres termes par axe de déplacement. Sur l’exemple de réalisation illustré sur la figure 3, seuls le premier module 20 et le quatrième module 80 sont équipés d’un tel capteur de force de traction 27, 87 qui permet de mesurer la position réelle de la partie mobile de la table de déplacement piézoélectrique 24, 84 dans le référentiel associé au bâti 100. A titre d’exemple, le capteur de mesure de position est un capteur laser. Le capteur laser permet ainsi de déduire la déformation réelle de l’échantillon de peau sous l’effet d’un déplacement axial d’un point de fixation de l’échantillon de peau.
[0063] Selon un mode de réalisation de l’invention et en référence à la figure 3, chaque module de sollicitation comprend en outre une table de déplacement micrométrique manuelle 25, 45, 75, 85 qui permet de régler manuellement la position du bras de translation suivant l’un des axes de translation avant le début du test de traction. Ainsi, il est possible de régler la distance entre deux têtes de fixation portées par les bras de translation alignés l’un par rapport à l’autre suivant un même axe. La table de nano-positionnement piézoélectrique et la table de déplacement micrométrique sont agencées l’une par rapport à l’autre de manière à avoir un même axe de déplacement. La table de nano- positionnement piézoélectrique est fixée sur une partie mobile de la table de déplacement micrométrique manuelle. La table de déplacement micrométrique est fixée elle-même à la base 103 du bâti 100. Par exemple pour les deux modules 20, 40 alignés l’un par rapport à l’autre, les deux tables de déplacement micrométrique manuelle 25, 45 sont également alignées l’une par rapport à l’autre de manière à avoir un même axe de déplacement. Ainsi, les quatre tables de déplacement 24, 44, 25, 45 sont alignées suivant l’axe (BB’).
[0064] En référence aux figures 5 et 6, le moyen de traction 30, 50 porté respectivement par les modules alignés 20, 40 est décrit ci-dessous.
[0065] Le moyen de traction 30, 50 comprend un axe principal Z1 , Z2 orienté selon une direction verticale sensiblement normale à la surface de la peau. Le moyen de traction 30, 50 comprend un corps sensiblement cylindrique 34, 54 ayant à une extrémité munie d’une tête de fixation 31 , 51 , destinée à venir se fixer à la peau 3 pendant le fonctionnement du dispositif de mesure 10.
[0066] Le moyen de traction 30, 50 est fixé par des moyens de fixation mécanique à la pointe 23, 43 du bras de translation 21 , 41. Un logement 28, 48 est réalisé dans la pointe 23, 43. Le corps cylindrique 34, 54 du moyen de traction 30, 50 est reçu dans le logement 28, 48 et bloqué en position à l’aide d’un élément de serrage 29, 49. Le moyen de traction 30, 50 comprend en outre une surface d’appui annulaire 32, 52 située à l’extrémité du corps cylindrique qui est munie de la tête de fixation. Cette surface d’appui 32, 52 est apte à venir en appui contre le pourtour du logement 28, 48 lorsque le corps cylindrique 34, 54 du moyen de traction 30, 50 est inséré dans le logement. Le moyen de traction 30, 50 est monté de manière amovible et interchangeable par rapport au bras de translation 21 , 41. Comme l’illustre la figure 5, une fois montée sur les pointes 23, 43 des bras de translation 21 , 41 , les deux têtes de fixation 31 , 51 sont espacées d’une distance D qui peut être réglée manuellement à l’aide de la table de déplacement micrométrique 25, 45 qui sont visibles sur la figure 3.
[0067] Sur la figure 7 sont illustrés deux formes de réalisation possibles de la tête de fixation. Selon une première forme de réalisation possible (A), la tête de fixation se présente sous la forme d’une tige de fixation munie d’un filetage 33, 53 permettant à la tige de se fixer dans l’épaisseur de la peau par effet de vissage.
[0068] Dans le cas où cette forme de tête de fixation est utilisée, lorsque le test est terminé, l’opérateur descend le porte-échantillon 5 selon la direction verticale pour sortir la tête de fixation de la peau et déplace le porte-échantillon selon une direction parallèle à la peau sur le rail 61 (figure 1 ) de sorte que l’échantillon ne soit plus au centre du dispositif de mesure. [0069] Selon une seconde forme de réalisation (B), la tête de fixation 91 se présente sous la forme d’un corps sensiblement cylindrique 93 dont la base 95 est munie d’une couche de colle permettant de fixer la tête de fixation à la surface de la peau. Cette couche de colle peut être par exemple une couche d’époxy ou toute autre colle adaptée pour fixer la tête de fixation à la surface de la peau. Dans le cas où cette seconde forme de réalisation de la tête de fixation est utilisée pour obtenir un point de fixation sur l’échantillon de peau, lorsque le test de traction est terminé, il est nécessaire d’extraire le moyen de traction 30, 50 de son logement 28, 48 en dévissant les vis de serrage 29, 49. Les moyens de traction 30, 50 sont ensuite sortis de la zone de mesure, c’est-à-dire le centre de la base avec les têtes de fixation collées à la surface de l’échantillon de peau.
[0070] Sur la figure 8 est représenté un échantillon de peau 3 ex vivo maintenu en position fixe dans un milieu nutritionnel 2. L’ensemble est contenu dans le porte-échantillon ou récipient 5. Deux têtes de fixation 31 et 51 sont fixées par effet de vissage dans l’épaisseur de la peau. Les deux têtes de fixation sont déplacées par les moyens de déplacement selon un axe commun selon une direction parallèle à la surface de la peau. Le déplacement de chaque de tête de fixation est représenté par une double flèche.
[0071] Selon un mode de réalisation de l’invention, le dispositif de mesure comprend également un moyen d’imagerie 110 configuré pour observer et enregistrer la zone de déformation de la surface de la peau engendrée par le déplacement des têtes de fixation. A titre d’exemple, le moyen d’imagerie 110 peut être une caméra couleur positionnée au- dessus de la peau de la surface avec l’axe optique (Z3) orienté selon une direction normale à la surface de la peau, avec des grossissements adaptables mais peut également être un dispositif de microscopie plus précis.
[0072] Sur la figure 9 est représenté le déplacement d’une des têtes de fixation depuis une position initiale Lo vers une position Li dans laquelle la tête de fixation exerce une force de traction sur la peau, engendrant une déformation ou une extension de la peau qui est représentée sur la figure 9 par la distance AL parcourue par la tête de fixation. Le déplacement cutané est mesuré par le capteur de position laser 27 (visible sur la figure 3) sans contact de courte portée projeté et aligné sur l’axe du bras de translation 21 qui déplace la tête de fixation 31 .
[0073] Les capteurs de position 27, 87 illustrés sur la figure 3 permettent donc de mesurer la position de la tête de fixation par rapport à une position de repos ou de référence déterminée, en particulier une position de repos de la tête de fixation telle que représentée sur la figure 9. Ce capteur de position permet ainsi de déterminer la déformation cutanée engendrée par la traction appliquée par la tête de fixation depuis la position de repos. [0074] La figure 10 représente schématiquement un système 200 de mesure des propriétés mécaniques comprenant le dispositif 10 de mesure des propriétés mécaniques, une unité 202 de contrôle des moyens de déplacement et une unité de calcul 203.
[0075] Le système 200 comprend également d’autres moyens qui permettent de caractériser l’échantillon de peau, à titre d’exemple un système de diffusion de rayonnement, un ellipsomètre ou un microscope en épi fluorescence.
[0076] L’ unité de contrôle 202 comprend un programme de pilotage qui commande les moyens de déplacement 24, 44, 74, 84 du dispositif de mesure 10 pour déplacer les bras de translation, lesquels déplacent en translation la tête de fixation correspondante dans le plan de l’échantillon de peau.
[0077] Les capteurs de force de traction 22, 42, les capteurs de mesure de position 27, 47 et le moyen d’imagerie 110 sont reliés à l’unité de contrôle 202.
[0078] Selon un mode de réalisation, l’unité de contrôle est configurée pour commander le moyen de déplacement selon une fréquence de sollicitation comprise entre 0,1 mHz et 1 Hz. La forme de la fréquence de sollicitation peut être sinusoïdale, triangulaire ou rectangulaire. Plus précisément, l’unité de contrôle 202 est configurée pour piloter le déplacement du bras de translation de manière sinusoïdale ou triangulaire ou rectangulaire, en faisant varier différents paramètres telles que la fréquence de sollicitation et la déformation de l’échantillon. La fréquence de sollicitation peut varier entre 0.1 mHz et 1 Hz, de préférence entre 0,1 Hz et 1 Hz et la déformation de l’échantillon peut varier entre 0.001 % et 10%.
[0079] L’ unité de calcul 203 est configurée pour recevoir des signaux transmis par les capteurs du dispositif de mesure. L’ensemble des signaux mesurés par les capteurs du dispositif de mesure sont ensuite traités par l’unité de calcul 203 pour calculer les propriétés mécaniques de la peau, notamment pour tracer la contrainte en fonction de la déformation.
[0080] Le fait de piloter le bras de déplacement selon une plage de fréquences précise permet de mesurer des propriétés mécaniques de la peau pour des temps de sollicitation larges, mettant ainsi en évidence les effets de viscoélasticité pour caractériser le comportement global de la peau. Contrairement aux sollicitations à vitesse contrôlée pour l’analyse mécanique d’un tissu biologique proposées habituellement dans les méthodes de l’état de la technique, les inventeurs proposent un système de mesure basée sur une sollicitation sur une plage de fréquences, permettant ainsi dans une seule phase de mesure de déterminer l’évolution du module complexe de la peau en fonction de différentes fréquences de sollicitation. La mesure du module complexe en fonction de la fréquence de sollicitation permet une décomposition en deux valeurs : la partie réelle en phase avec le signal de sollicitation permet de caractériser les propriétés élastiques de la peau et la partie imaginaire permet de caractériser les propriétés de dissipation de la peau.
[0081] La figure 11 représente à titre d’exemple les mesures des deux valeurs à différentes fréquences de sollicitation sur un échantillon de peau de porc à un température de 25 °C. Les points ronds correspondent au module de conservation et les points carrés correspondent au module de dissipation.
Application industrielle
[0082] Le dispositif 10 de la présente divulgation a été conçu pour permettre de mesurer les propriétés mécaniques d’un échantillon de peau humaine ex vivo ou in vitro en fonction de plusieurs paramètres. Le dispositif permet d’imposer une déformation à l’échantillon et mesurer la contrainte résultant de cette déformation. Les sollicitations mécaniques sont réalisées avec des tractions dans différentes directions dans le plan de la peau et avec différentes fréquences. Ainsi, les courbes contrainte-déformation obtenues par le dispositif à différentes fréquences permettent de sonder les propriétés élastique, plastique et viscoélastique de la peau soumise à une contrainte.
[0083] Le fait de réaliser les mesures sur un échantillon ex vivo permet avantageusement d’étudier les propriétés mécaniques dans la région au-delà des propriétés élastiques, dites aussi non linéaires, en soumettant l’échantillon de peau à une déformation élevée.
[0084] Le dispositif de la présente divulgation est particulièrement adapté pour suivre l’évolution dans le temps des propriétés mécaniques d’un échantillon de peau ex vivo maintenu fixe sur un milieu nutritionnel pour une durée de plusieurs jours et d’établir un lien avec les modifications éventuelles des propriétés mécaniques de la peau ou de la structure de la peau induites par un produit extérieur. En effet, le fait de maintenir la peau ex vivo sur un milieu nutritionnel permet à la peau de garder ses propriétés mécaniques comme c’est décrit dans le document dans le document WO2013164436, contrairement à un échantillon in vitro.
[0085] Le dispositif permet de suivre en continu dans le temps sur plusieurs jours la déformation de la peau et le retour de la peau à son état d’équilibre en maintenant en position des points d’attache sur une même zone de la peau pendant toute la durée du test, permettant d’obtenir des mesures précises et reproductibles des propriétés mécaniques de la peau.
[0086] Le dispositif de la présente divulgation peut trouver application dans le domaine de la cosmétique et de la médecine et tout domaine qui a trait à la peau humaine. [0087] Le dispositif permet par exemple à partir des mesures de propriétés mécaniques d’évaluer les modifications de la peau saine dans le temps dues à l’effet des produits de cosmétiques tels que des crèmes hydratantes, des crèmes solaires ou des crèmes antivieillissement. [0088] Dans le domaine médical, les mesures des propriétés mécaniques permettent par exemple de suivre l’effet de produits appliqués pour favoriser la cicatrisation ou pour soigner une zone lésée. Il est également possible de suivre l’évolution du comportement mécanique d’une zone de la peau lésée par différentes actions comme le confinement sous un pansement, les escarres sous l’effet d’une friction. [0089] Le dispositif permet également de suivre l’évolution des propriétés mécaniques de la peau devant les agressions de l’environnement comme une pollution environnementale ou l’agression des rayons solaires.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Système de mesure des propriétés mécaniques (200) d’un échantillon de peau (3) ex vivo ou in vitro comprenant un dispositif de mesure comprenant au moins un module de sollicitation mécanique (20, 40) apte à appliquer à la peau une force de traction selon une direction parallèle à la surface de l’échantillon de peau (3), ledit au moins un module de sollicitation mécanique (20, 40) comprenant :
- un moyen de traction (30, 50) mobile en translation selon une direction parallèle à la surface de l’échantillon de peau (3) ;
- un bras de translation (21 , 41 ) relié d’une part au moyen de traction (30, 50) et d’autre part à un moyen de déplacement axial;
- une extrémité dudit moyen de traction étant munie d’une tête de fixation (31 , 51 ) apte à venir se fixer dans une zone de l’échantillon de peau (3) afin d’induire une déformation de l’échantillon de peau par déplacement axial de ladite zone de l’échantillon de peau,
- une unité de contrôle (202) configurée pour commander le moyen de déplacement selon une fréquence de sollicitation comprise entre 0,1 mHz et 1 Hz, et
- une unité de calcul (203) configurée pour recevoir les signaux transmis par le dispositif de mesure et calculer les propriétés mécaniques de la peau à partir desdits signaux.
[Revendication 2] Système de mesure selon la revendication 1 , dans lequel une pluralité de modules de sollicitation mécanique (20, 40, 70, 80) étant agencés autour d’un centre du dispositif et configurés pour exercer chacun une force de traction selon une direction radiale et parallèle à la surface de l’échantillon de peau, les moyens de déplacement axial (24, 44, 74, 84) et les bras de translation (21 , 41 , 71 , 81 ) sont alignés deux à deux de manière à déplacer deux moyens de tractions selon un axe de déplacement commun.
[Revendication 3] Système de mesure selon la revendication 2, dans lequel les moyens de déplacement axial alignés (24, 44, 74, 84) sont synchronisés de manière à déplacer simultanément deux moyens de traction selon l’axe commun.
[Revendication 4] Système de mesure selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel ledit moyen de déplacement axial comprend une table de nano-positionnement piézoélectrique (24, 44, 74, 84), une extrémité du bras de translation (21 , 41 , 71 , 81 ) étant fixée sur une partie mobile de la table de nano-positionnement piézo-électrique (24, 44, 74, 84).
[Revendication 5] Système de mesure selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel chaque module de sollicitation (20, 40, 70, 80) comprend en outre une table de déplacement micrométrique manuelle (25, 45, 75, 85) configurée pour régler manuellement la position du bras de translation (21 , 41 , 71 , 81 ) suivant l’un des axes de déplacement.
[Revendication 6] Système de mesure selon les revendications 4 et 5, dans lequel la table de nano-positionnement piézoélectrique (24, 44, 74, 84) et la table de déplacement micrométrique (25, 45, 75, 85) sont agencées l’une par rapport à l’autre de manière à avoir un même axe de déplacement.
[Revendication 7] Système de mesure selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel la tête de fixation (31 , 51 ) se présente sous la forme d’une tige munie d’un filetage (33, 53) apte à venir s’engager dans l’épaisseur de l’échantillon de peau (3) pour réaliser un point de fixation dans l’échantillon de peau (3).
[Revendication 8] Système de mesure selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel la tête de fixation (91 ) se présente sous la forme d’un corps cylindrique droit (93), une des bases (95) du corps cylindrique droit étant munie d’une couche de colle pour fixer la tête de fixation à la surface de l’échantillon de peau.
[Revendication 9] Système de mesure selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel le moyen de traction (30, 50) comprend un corps cylindrique de fixation (34, 54) destiné à être reçu dans un logement (28, 48) réalisé dans une extrémité (23, 43) du bras de translation (21 , 41 ) et bloqué en position à l’aide d’un élément de serrage (29, 49).
[Revendication 10] Système de mesure selon l’une des revendications 1 à 9, comprenant en outre au moins un capteur de force de traction (22, 82) apte à mesurer la force de traction exercée par un moyen de traction.
[Revendication 11] Système de mesure selon l’une des revendications 1 à 10, comprenant en outre au moins un capteur de mesure de position (27, 87) apte à mesurer la position d’un bras de translation (21 , 81 ) pendant son déplacement.
[Revendication 12] Système de mesure selon l’une des revendications 1 à 11 , comprenant en outre au moins un moyen d’imagerie (110) configuré pour observer la zone de déformation de l’échantillon de peau engendrée par le déplacement des têtes de fixation, l’axe optique (Z3) dudit moyen d’imagerie étant orienté selon une direction normale à la surface de l’échantillon de peau.
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