Nous présentons une méthode automatisée de caractérisation du module d’élasticité effectif d’une lentille oculaire à l’aide d’un test de compression.
Les propriétés biomécaniques du cristallin oculaire sont essentielles à sa fonction d’élément optique à puissance variable. Ces propriétés changent considérablement avec l’âge dans le cristallin humain, ce qui entraîne une perte de vision de près appelée presbytie. Cependant, les mécanismes de ces changements restent inconnus. La compression de la lentille offre une méthode relativement simple pour évaluer la rigidité biomécanique de la lentille dans un sens qualitatif et, lorsqu’elle est associée à des techniques analytiques appropriées, peut aider à quantifier les propriétés biomécaniques. Divers tests de compression de lentilles ont été effectués à ce jour, y compris des tests manuels et automatisés, mais ces méthodes n’appliquent pas systématiquement des aspects clés des tests biomécaniques tels que le préconditionnement, les taux de charge et le temps entre les mesures. Cet article décrit un test de compression d’objectif entièrement automatisé dans lequel une platine motorisée est synchronisée avec une caméra pour capturer la force, le déplacement et la forme de l’objectif tout au long d’un protocole de chargement préprogrammé. Un module d’élasticité caractéristique peut alors être calculé à partir de ces données. Bien qu’elle soit démontrée ici à l’aide de lentilles porcines, l’approche est appropriée pour la compression de lentilles de n’importe quelle espèce.
Le cristallin est l’organe transparent et flexible que l’on trouve dans l’œil et qui lui permet de se concentrer sur différentes distances en modifiant son pouvoir de réfraction. Cette capacité est connue sous le nom d’hébergement. Le pouvoir de réfraction est altéré en raison de la contraction et de la relaxation du muscle ciliaire. Lorsque le muscle ciliaire se contracte, le cristallin s’épaissit et avance, augmentant son pouvoir de réfraction 1,2. L’augmentation de la puissance de réfraction permet à l’objectif de faire la mise au point sur les objets proches. Au fur et à mesure que les humains vieillissent, le cristallin devient plus rigide et cette capacité d’adaptation est progressivement perdue ; Cette condition est connue sous le nom de presbytie. Le mécanisme de raidissement reste inconnu, du moins en partie en raison des difficultés liées à la caractérisation biomécanique du cristallin.
Diverses méthodes ont été employées pour estimer la rigidité et les propriétés biomécaniques des lentilles. Il s’agit notamment de la rotation de la lentille 3,4,5, des méthodes acoustiques 6,7,8, des méthodes optiques telles que la microscopie Brillouin9, l’indentation10,11 et la compression 12,13. La compression est la technique expérimentale la plus accessible car elle peut être réalisée avec une instrumentation simple (par exemple, des lamelles en verre14,15) ou une seule platine motorisée. Nous avons précédemment montré comment les propriétés biomécaniques du cristallin peuvent être rigoureusement estimées à partir d’un essai de compression16. Ce processus est techniquement difficile et nécessite un logiciel spécialisé qui n’est pas facilement accessible aux chercheurs de lentilles qui s’intéressent aux mesures de rigidité relative. Par conséquent, dans la présente étude, nous nous concentrons sur des méthodes accessibles pour estimer le module d’élasticité de la lentille tout en tenant compte de la taille de la lentille. Le module d’élasticité est une propriété intrinsèque du matériau liée à sa déformabilité : un module d’élasticité élevé correspond à un matériau plus rigide.
L’essai lui-même est un essai de compression à plaques parallèles et peut donc être effectué sur des systèmes d’essai mécaniques commerciaux appropriés. Ici, un instrument sur mesure a été construit composé d’un moteur, d’une platine linéaire, d’un contrôleur de mouvement, d’une cellule de charge et d’un amplificateur. Ceux-ci ont été contrôlés à l’aide d’un logiciel personnalisé qui a également enregistré le temps, la position et la charge à intervalles réguliers. Les lentilles de porc ne sont pas adaptables, mais elles sont facilement accessibles et peu coûteuses17. La méthode suivante a été développée pour comprimer progressivement le cristallin et quantifier son module d’élasticité. Cette méthode peut être facilement reproduite et sera utile dans l’étude de la rigidité des lentilles.
La compression de la lentille est une méthode polyvalente pour estimer la rigidité de la lentille. Les procédures décrites ci-dessus permettent de comparer des lentilles de différentes espèces et de différentes tailles. Toutes les déformations sont normalisées en fonction de la taille de la lentille, et le calcul du module d’élasticité tient compte approximativement de la taille de la lentille. Le module effectif est considérablement plus élevé que le module signalé précédemment pour<…
The authors have nothing to disclose.
Soutenu par la subvention R01 EY035278 (MR) des National Institutes of Health.
Curved Medium Point General Purpose Forceps | Fisherbrand | 16-100-110 | |
Galil COM Libraries | Galil Motion Control | ||
High Precision Scalpel Handle | Fisherbrand | 12-000-164 | |
Linear Stage | McMaster-Carr | 6734K4 0.125" | |
Load Cell | FUTEK | LSB200-FSH03869 | |
Load Cell Amplifier | FUTEK | IAA300-FSH03931 | |
MATLAB | The Mathworks, Inc. | ||
Microprobe | Surgical Design | 22-079-740 | |
Miniature Self Opening Precision Scissors | Excelta | 63042-004 | |
Motion Controller | Galil Motion Control | DMC-31012 | |
Motor | Galil Motion Control | BLM-N23-50-1000-B | |
Straight Hemastats | Fine Science | NC9247203 | stainless steel, 14cm |