Brevet FR2728683A1 — publié le 19960628

DISPOSITIF DE FIXATION MICRO-ONDES D'ECRANTILLONS BIOLOGIQUES UTILISES EN BIOMICROSCOPIE La présente invention concerne un dispositif de fixation pour la fixation d'échantillons biologiques utilisés pour l'examen au microscope ou au biomicroscope, plus particulièrement un dispositif de fixation microondes pour la fixation physique d'échantillons biologiques grâce à un traitement adéquat des échantillons par de l'énergie micro-ondes, avant l'examen microscopique d'échantillons biologiques ou bioéchantillons tels que des tissus du corps humain, d'animaux ou de plantes. Dans les sciences de la vie, et en particulier dans le domaine de la science médicale, on réalise de la façon suivante la bio-microscopie, ctest-à-dire l'examen au microscope d'un échantillon biologique d'un corps vivant. On sépare d'abord une quantité prédéterminée de tissu, constituant un bio-échantillon du corps vivant à examiner. Quand on examine le bio-échantillon à l'aide d'un microscope optique ou électronique, il est possible d'observer la tranche de l'échantillon, grâce à la transmission de la lumière à travers la tranche de l'échantillon. A ce stade, il est nécessaire de traiter l'échantillon biologique, afin de le fixer avant l'examen microscopique, quel que soit le type de microscope. Le processus de fixation permet de convertir les organismes ou éléments solubles de l'échantillon, composé de cellules ou de tissus d'un corps vivant, en organismes ou éléments insolubles. Si on ne traite pas l'échantillon pour le fixer, la membrane cellulaire du bio-échantillon va se rompre, ce qui provoquera la dissolution des éléments solubles de l'échantillon. Dans ce cas, il va être impossible d'examiner le tissu en utilisant un microscope optique ou électronique. Après le processus de fixation, on lave l'échantillon biologique et on le soumet à déshydratation pendant environ 3 à 4 heures. Le bio-échantillon déshydraté est ensuite traité à la paraffine, ce qui permet de découper l'échantillon en une pluralité de tranches d'environ 4 à 10 ssm d'épaisseur. Après avoir découpé l'échantillon traité à la paraffine en tranches d'environ 4 à 10 ym d'épaisseur, on enlève la paraffine de chaque tranche. Les tranches exemptes de paraffine sont ensuite humidifiées. L'étape d'humidification du bio-échantillon découpé en tranches est suivie d'une étape de coloration. Les échantillons biologiques, après coloration, sont soumis à un examen microscopique, permettant d'observer ou d'examiner l'état des échantillons, qui sont, par exemple, des cellules ou des tissus de corps vivants. On notera que la fixation de l'échantillon biologique constitue le procédé de base fondamental permettant l'observation microscopique d'un bio-échantillon tel qu'un tissu d'un corps vivant. Lors de l'examen ou de l'observation de l'échantillon biologique à l'aide du microscope, il ne sera pas possible d'observer ou d'examiner le bio-échantillon si la fixation de l'échantillon n'a pas été réalisée de façon adéquate. De plus, certains types de procédés de fixation peuvent avoir pour effet de déformer la structure de l'échantillon fixé. Même en l'absence d'une déformation de la structure de l'échantillon, une fixation instable peut donner lieu à des problèmes.C'est-à-dire qu'il peut s'avérer impossible de découper l'échantillon biologique fixé en tranches d'environ 4 à 10 ssm d'épaisseur lors de l'étape suivante de découpage, ou bien il peut s'avérer impossible de colorer l'échantillon découpé en tranches. Dans ce cas, il sera pratiquement impossible de pratiquer l'examen de l'échantillon biologique sur le microscope. On classe habituellement les procédés de fixation des échantillons biologiques en deux grands groupes, le procédé de fixation chimique et le procédé de fixation physique. Selon un procédé de fixation chimique traditionnel, il est nécessaire de découper l'échantillon de tissu en tranches aussi minces que possible, afin de promouvoir l'infiltration de la solution de fixation à l'intérieur des tranches, par diffusion de la solution de fixation. il faut noter que la solution de fixation s'infiltre dans la tranche de tissu à un faible débit d'infiltration d'environ 24 à 72 heures/mm2, même dans le cas où l'échantillon de tissu est découpé en tranches de l'épaisseur souhaitée. De plus, quand on utilise soit du formol neutre qui constitue habituellement la solution de fixation, soit d'autres solutions de fixation présentant un pH différent, et des températures différentes, en correspondance avec le type d'échantillon, environ 40 à 50% des protéines solubles à faible poids moléculaire sont extraites de l'échantillon. A cet égard, le processus de fixation chimique peut être défaillant si un séchage homogène des cellules n'est pas obtenu.Un autre problème du au procédé de fixation chimique réside dans le fait qu'il est difficile de régler l'agrandissement et de contrôler le contraste pendant l'examen microscopique de l'échantillon biologique. Afin d'éliminer les problèmes sus-mentionnés du procédé de fixation chimique, il est nécessaire d'utiliser une solution de fixation chimique idéale, qui, non seulement augmente le débit d'infiltration de la solution de fixation à l'intérieur de la tranche de l'échantillon biologique, mais qui également ne provoque que rarement l'extraction des éléments solubles de l'échantillon biologique et la déformation de la structure de l'échantillon. Cependant, ceci ne permet pas de résoudre le problème mentionné ci-dessus du procédé classique de fixation chimique. Les procédés de fixation physique permettent de fixer les échantillons biologiques en utilisant de l'énergie thermique, et ils sont classés en plusieurs types comme suit: - le procédé au bain de cire chaude, - le procédé à air chaud, - le procédé aux ultrasons, et - le procédé à réchauffement rapide. Dans le procédé à réchauffement rapide, on chauffe rapidement un échantillon biologique dans une solution tampon, telle qu'une solution aqueuse ou une solution de sérum physiologique. Dans un procédé de fixation physique, le facteur le plus important est le contrôle de la température de fixation de l'échantillon. Quand la température de fixation de l'échantillon dépasse considérablement la température adéquate, il peut se produire une rupture du tissu de l'échantillon biologique, telle que la rupture d'une membrane de cellule, de sorte qu'une grande quantité d'éléments du tissu soit extraite de ce dernier. Dans ce cas, l'examen microscopique de l'échantillon biologique est défaillant. Au contraire, quand la température de fixation de l'échantillon est inférieure à la température adéquate, il est impossible de transformer les éléments solubles du tissu en éléments insolubles. Dans ce cas, les organismes solubles du tissu vont être solubles dans une solution aqueuse, ou dans un solvant organique, pendant l'étape de déshydratation ou pendant l'étape de séchage, après la fixation, avec pour résultat la défaillance de l'examen microscopique de l'échantillon. Dans un procédé traditionnel de fixation physique, la température de fixation de la masse va varier d'une partie de l'échantillon à une autre, même quand on maintient une température constante pendant la fixation, ce qui provoque ainsi un problème de gradient de température. Du fait de ce gradient de température, lorsque l'on sélectionne la température de fixation à une température spécifique, la température à l'intérieur du tissu sera plus faible que la température spécifiée, tandis que la température à la surface du tissu sera maintenue à la température spécifiée. Le gradient de température signifie également que, lorsqu'on sélectionne la température de la solution à une température souhaitée de fixation pour l'intérieur du tissu, la surface du tissu sera chauffée de façon excessive tandis que la température à l'intérieur du tissu sera maintenue à la température préréglée.En conséquence, les procédés de fixation physique utilisant de l'énergie thermique sont rarement utilisés pour la fixation d'échantillons biologiques. Afin de résoudre des problèmes mentionnés ci-dessus, provoqués par les procédés traditionnels de fixation chimique utilisant ou non l'énergie thermique, il est préférable d'utiliser un procédé de fixation physique mettant en oeuvre des micro-ondes. Le procédé de fixation physique utilisant des micro-ondes permet de résoudre les problèmes du procédé de fixation chimique traditionnel, c'est-à-dire la perte de temps due à la durée de pénétration ou d'infiltration de la solution de fixation et la dégradation de la précision du résultat d'examen microscopique. Le procédé de fixation physique utilisant des micro-ondes permet également de résoudre le problème du gradient de température que l'on retrouve dans des procédés de fixation physiques traditionnels, utilisant la chaleur comme source d'énergie. Comme il est bien connu de l'homme de l'art, la fréquence des micro-ondes est comprise entre 0,3 GHz et 30 GHz, et la fréquence naturelle à 2,45 GHz de la molécule d'eau, est comprise dans la gamme de fréquence des micro-ondes. En conséquence, une énergie micro-ondes ou hyperfréquence présentant une fréquence de 2,45 GHz, est appliquée à de l'eau ou à des tissus ordinaires d'un corps vivant qui comprend au moins de 60 à 90% d'humidité, et les micro-ondes provoquent une vibration des molécules d'eau générant de la chaleur par effet Joule dans les molécules d'eau, ce qui permet d'augmenter naturellement la température de l'eau ou du tissu. En outre, l'énergie micro-ondes permet d'augmenter uniformément les températures à l'intérieur et à la surface du tissu, ce qui permet d'éliminer le gradient de température provoqué par les procédés de fixation physique mettant en oeuvre de l'énergie thermique pure. En outre, l'énergie micro-ondes permet d'augmenter rapidement la température du tissu à une température souhaitée de 40 à 80 C, ce qui présente une économie remarquable sur la durée de fixation. La fixation par micro-ondes permet également de supprimer le nettoyage de l'échantillon fixé après sa fixation. Lorsqu'on maîtrise de façon adéquate la puissance de sortie d'un oscillateur à hyperfréquence (magnétron), ceci permet d'augmenter encore plus l'économie sur la durée de fixation. Cependant, on n'a ni proposé, ni utilisé jusqu'à maintenant de dispositif de fixation par micro-ondes destiné à la microscopie biologique, bien que, comme décrit précédemment, la fixation par micro-ondes soit susceptible de procurer plusieurs avantages. Evidemment, on peut utiliser un four à micro-ondes traditionnel pour la fixation à micro-ondes des échantillons biologiques. Cependant, quand on utilise un four à micro-ondes traditionnel pour la fixation, un problème peut se poser pour mesurer et contrôler avec précision la température de fixation du dispositif de fixation pour l'échantillon biologique. En effet, le four à micro-ondes traditionnel utilise un capteur de température réalisé en des alliages basés sur l'effet Seebeck, selon lequel une force électromotrice thermique est générée quand il existe une différence de température entre les deux alliages différents d'une boucle. En conséquence, le capteur de température du four à micro-ondes traditionnel n'est pas capable de mesurer avec la précision la température de fixation de l'échantillon. Le capteur de température du four à micro-ondes traditionnel présente un autre problème, qui vient du fait que l'énergie micro-ondes induite sur le capteur provoque une erreur de mesure de température du capteur, cette erreur étant cumulative et ayant pour résultat une erreur cumulative de 10 à 200C lors de la mesure de la température d'un échantillon biologique.En outre, le capteur de température du four à micro-ondes traditionnel provoque des variations de température car les températures des échantillons biologiques diffèrent l'une de l'autre, chaque fois que l'on détecte la température d'un échantillon biologique. L'un des buts de la présente invention est, en conséquence, de proposer un dispositif de fixation microondes d'échantillons biologiques utilisés en microscopie biologique ou bio-microscopie et qui permette de résoudre les problèmes sus-mentionnés, et qui utilise un capteur ou détecteur de température à infrarouges qui soit apte à mesurer et à contrôler avec précision la température de fixation de l'échantillon biologique pendant la fixation par micro-ondes. Ce but est réalisé, selon l'invention, par un dispositif de fixation micro-ondes d'échantillons biologiques utilisés en microscopie biologique, caractérisé en ce qu'il comporte: une unité de sélection de volume destinée à mettre en mémoire des données relatives au volume de l'échantillon biologique contenu dans un becher; une unité d'affichage de volume pour afficher le volume de l'échantillon biologique en correspondance avec les données fournies par ladite unité de sélection de volume; une unité de sélection de température permettant de présélectionner une température souhaitée de fixation de l'échantillon biologique; une unité d'affichage de température pour afficher la température de fixation présélectionnée sur l'unité de sélection de température; une unité de mesure de température pour mesurer la température de l'échantillon biologique à l'intérieur du becher et pour fournir des données relatives à la température mesurée; une unité de commande du système pour comparer les données en provenance de l'unité de mesure de température avec les données fournies par l'unité de sélection de température et pour fournir un signal de commande de fonctionnement à une unité d'actionnement de magnétron en correspondance avec le résultat de la comparaison de température et pour commander des équipements périphériques en fonction des données d'entrée reçues de ladite unité de mesure de température, de ladite unité de sélection de volumes et de ladite unité de sélection de température; ainsi qu'un interrupteur principal d'alimentation et un interrupteur de fonctionnement du magnétron. Selon un mode de réalisation préféré, l'unité de commande du système contrôle de fonctionnement de ladite unité d'actionnement de magnétron en fonction des données de température en provenance de l'unité de sélection des température, des données de volume en provenance de l'unité de sélection de volume et du résultat de la comparaison de données fournies par l'unité de sélection de température avec les données fournies par l'unité de mesure de température. D'autres buts, caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description d'un mode de réalisation de l'invention, faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé, dans lequel: - la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un dispositif de fixation par micro-ondes pour la fixation d'un échantillon biologique utilisé en microscopie biologique, selon un mode de réalisation de la présente invention; - la figure 2 est une vue frontale avec arrachements partiels du dispositif de fixation par micro-ondes de la figure 1, illustrant un becher, c'est à dire un petit récipient en verre, contenant un échantillon biologique et placé sur un disque rotatif d'une chambre de chauffage du dispositif de fixation;; - la figure 3 est un schéma à blocs illustrant la structure d'un circuit de commande du dispositif de fixation par micro-ondes selon la présente invention; et - la figure 4 est un ordinogramme du procédé de commande du dispositif de fixation par micro-ondes selon 1' invention. Les figures 1 et 2 représentent un dispositif de fixation biologique par micro-ondes pour la fixation de bio-échantillons utilisés en microscopie biologique, selon un mode de réalisation préféré de la présente invention. Sur le dessin, le numéro de référence 110 désigne le dispositif de fixation par micro-ondes selon l'invention. Le dispositif de fixation 110 est muni d'une unité 50 de sélection du volume de l'échantillon biologique et d'une unité 60 d'affichage du volume de l'échantillon biologique sur une face du panneau avant du dispositif de fixation 110, cette unité d'affichage 60 affichant sur cette face le volume du bio-échantillon sélectionné par l'unité de sélection 50. Une unité 20 de sélection de la température de fixation et une unité 10 d'affichage de la température de fixation sont disposées sur la face du panneau avant du dispositif de fixation 110, au-dessus des unités 50 et 60. L'unité 20 de sélection de température permet de présélectionner la température de fixation souhaitée pour l'échantillon, la température prédéterminée de fixation étant affichée sur l'unité d'affichage de température 10.Un interrupteur principal d'alimentation 30 et un interrupteur de fonctionnement 40 sont disposés sur la face du panneau avant du dispositif de fixation 110, en-dessous des unités 50 et 60. Les interrupteurs 30 et 40 sont montés sur le panneau avant du dispositif de fixation 110, afin de faire saillie partiellement par rapport à ce panneau avant. Une cloison est montée à l'intérieur du dispositif de fixation 110, derrière le panneau avant. Sur cette cloison, est montée une carte ou plaquette de circuit imprimé 100 qui porte un organe ou une unité de commande 80 du système, ainsi qu'une unité d'actionnement ou d'alimentation 90 du magnétron. Le dispositif de fixation 110 comprend également une unité 70 de mesure de la température de fixation. L'unité de mesure de la température 70 est un capteur infrarouge raccordé électriquement à un accès d'entrée de l'organe de commande 90 du système sur la carte 100. L'unité de mesure de température 70 permet de détecter la température de fixation de l'échantillon biologique et de fournir à l'unité de commande 80 des données relatives à la température détectée. La figure 3 est un schéma à blocs illustrant la structure d'un circuit de commande du dispositif de fixation par micro-ondes 110 des figures 1 et 2. Tel qu'illustré sur ce schéma à blocs, l'organe de commande du système 80 est relié à l'unité de sélection de volume 50 et à l'unité de sélection de température 20, respectivement à ses accès d'entrée/sortie P1 et P3. L'organe ou l'unité de commande 80 est également relié à l'unité d'affichage de volume 60 et à l'unité d'affichage de température 10, respectivement par ses accès de sortie P2 et P4. Grâce à cette structure, l'unité de commande du système 80 reçoit des données des unités de sélection 20 et 50, et fournit des données concernant la température et le volume respectivement aux unités d'affichage 10 et 60, de façon à afficher respectivement la température prédéterminée de fixation et le volume de l'échantillon sur les unités d'affichage 10 et 60. L'unité de commande du système 80 fournit également un signal de commande d'actionnement vers l'unité d'actionnement du magnétron 90, à partir d'un accès de sortie P6 en fonction des données choisies par l'utilisateur sur les unités de sélection 20 et 50, ce qui permet de contrôler le niveau de sortie du magnétron. En même temps, l'unité de commande du système 80 reçoit des données de température en provenance de l'unité de mesure de température 70, via l'accès d'entrée P5 et compare les données de température en provenance de l'unité de mesure de température 70 et les données de température obtenues de l'unité de sélection de température 20, ce qui permet de commander l'unité d'actionnement du magnétron 90, en correspondance au résultat de la comparaison. La figure 4 est un ordinogramme illustrant le procédé de commande du dispositif de fixation par micro-ondes 110 selon l'invention. Tel que représenté sur l'ordinogramme, on place, à l'étape S1, un becher 120 contenant l'échantillon biologique, de l'eau et une solution tampon, sur un disque rotatif à l'intérieur d'une chambre de chauffage du dispositif de fixation micro-ondes 110, afin de fixer l'échantillon biologique. Ensuite, on repère les graduations du becher 120, de façon à mesurer le volume de l'échantillon biologique à l'intérieur du becher 120. Après avoir mesuré le volume de l'échantillon biologique à l'intérieur du becher 120, on sélectionne le volume mesuré de l'échantillon à l'aide de l'unité de sélection de volume 50.A l'étape suivante S2, l'unité de commande du système 80 détermine si le volume mesuré de l'échantillon biologique a été sélectionné par l'unité de sélection de volume 50 du bio-échantillon. Ensuite, l'unité de commande du système 80 émet un signal de volume à l'unité d'affichage de volume 60 sur le panneau avant du dispositif de fixation 110, de façon à afficher le volume du bio-échantillon sur l'unité d'affichage 60. Quand on a déterminé, à l'étape S2, que le volume mesuré du bio-échantillon a été sélectionné par l'unité de sélection de volume 50, l'unité de commande du système 80 détermine à son tour, à l'étape S3, si la température de fixation souhaitée pour l'échantillon biologique a été sélectionnée par l'unité de sélection de température 20. Ensuite, l'unité de commande du système 80 adresse un signal de température à l'unité d'affichage de température 10, de façon à afficher la température de fixation présélectionnée sur l'unité d'affichage 10. Après la sélection et l'affichage du volume et de la température de fixation de l'échantillon biologique, on actionne l'interrupteur de fonctionnement 40 sur le panneau avant du dispositif de fixation 110 pour qu'il passe en position marche. En réponse au passage en position marche de l'interrupteur de fonctionnement 40, l'unité de commande du système 80 émet, à l'étape S4, un signal de commande d'actionnement vers l'unité d'actionnement ou d'alimentation du magnétron 90, ce qui permet de mettre en marche le magnétron. A la mise ne marche du magnétron à l'étape S4, le magnétron émet des micro-ondes pour les appliquer à l'échantillon biologique à l'intérieur du becher 120, ce qui a pour effet d'augmenter la température du bio-échantillon. En même temps, l'unité de mesure de température 70, ou le capteur à infrarouges, situé à l'intérieur de la chambre de chauffage du dispositif de fixation 110, mesure la température à l'intérieur de la chambre de chauffage, ou la température de l'échantillon biologique, pour fournir à l'unité de commande du système 80 des données relatives à la température mesurée.Après réception des données de température en provenance de l'unité de mesure 70, l'unité de commande du système 80 détermine, à une étape S5, si la température mesurée par l'unité de mesure de température 70 est égale à la température de fixation présélectionnée par l'unité de sélection de température 20, grâce à une comparaison des deux températures. Quand on a déterminé que la température mesurée est inférieure à la température de fixation présélectionnée, l'unité de commande du système 80 émet un signal de commande d'actionnement à l'unité d'actionnement ou d'alimentation du magnétron 90, afin de continuer à alimenter le magnétron. Quand on a déterminé, au contraire, à l'étape S5, que la température mesurée est égale à la température présélectionnée de fixation, l'unité de commande du système 80 émet à une étape S6, un signal de commande d'arrêt vers l'unité d'alimentation du magnétron 90, de façon à arrêter le fonctionnement du magnétron. Ainsi que décrit précédemment, un dispositif de fixation par micro-ondes pour la fixation d'un échantillon biologique utilisé en microscopie biologique selon la présente invention utilise un capteur de température à infrarouges permettant de mesurer avec précision, et de contrôler, la température de fixation d'un échantillon pendant la fixation par micro-ondes, en fonction du volume de l'échantillon et d'une température de fixation présélectionnee. En conséquence, le dispositif de fixation par micro-ondes selon l'invention permet de réaliser, d'une façon simple, la fixation précise d'un échantillon biologique, tel que des tissus du corps humain, d'animaux ou de plantes, pour en permettre l'examen au microscope. Bien entendu, la présente invention n'est pas limité aux modes de réalisation décrits et représentés, et elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. LEGENDE DE LA FIGURE 4 S1 PLACER LE BECHER AVEC LE BIO-ECHANTILLON DANS LE DISPOSITIF DE FIXATION S2 LE VOLUME DU BIO ECHANTILLON A-T-IL ETE SELECTIONNE? S3 LA TEMPERATURE DE FIXATION A-T-ELLE ETE SELECTIONNEE? S4 ACTIONNER OU ALIMENTER LE MAGNETRON S5 LA TEMPERATURE DU BIO ECHANTILLON EST-ELLE EGALE A LA TEMPERATURE DE FIXATION PRESELECTIONNEE? S6 ARRETER LE MAGNETRON REVENDICATIONS 1.- Dispositif de fixation micro-ondes d'échantillons biologiques utilisés en microscopie, caractérisé en ce qu'il comporte: - une unité de sélection de volume (50) destinée à mettre en mémoire des données relatives au volume de l'échantillon biologique contenu dans un becher (120); - une unité d'affichage de volume (60) pour afficher le volume de l'échantillon biologique en correspondance avec les données fournies par ladite unité de sélection de volume (50); - une unité de sélection de température (20) permettant de présélectionner une température souhaitée de fixation de l'échantillon biologique; - une unité d'affichage de température (10) pour afficher la température de fixation présélectionnée par l'unité de sélection de température;; - une unité de mesure de température (70) pour mesurer la température de l'échantillon biologique à l'intérieur du becher et pour fournir des données relatives à la température mesurée; - une unité de commande du système (80) pour comparer les données en provenance de l'unité de mesure de température avec les données fournies par l'unité de sélection de température et pour fournir un signal de commande de fonctionnement à une unité d'actionnement de magnétron (90) en correspondance avec le résultat de la comparaison de température et pour commander des équipements périphériques en fonction des données d'entrée reçues de ladite unité de mesure de température, de ladite unité de sélection de volume et de ladite unité de sélection de température; ainsi - qu'un interrupteur principal d'alimentation (30) et un interrupteur de fonctionnement du magnétron (40). 2.- Dispositif de fixation micro-ondes selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité de commande du système (80) contrôle le fonctionnement de ladite unité d'actionnement de magnétron (90) en fonction des données de température en provenance de l'unité de sélection des températures (20), des données de volume en provenance de l'unité de sélection de volume (50) et du résultat de la comparaison de données fournies par l'unité de sélection de température (20) avec les données fournies par l'unité de mesure de température (70).