Brevet FR2058356A1 — publié le 19710528

La présente invention concerne d'une manière générale un nouvel appareil de mesure et de transfert. Elle concerne un appareil destiné à la mesure et au transfert de volumes précis de liquides. Elle concerne également un appareil de mesure et de transfert qui peut être utilisé particulièrement pour distribuer rapidement des volumes précis de liquidés à des systèmes de photométrie microanalytique. - Le besoin d'appareils destinés à la mesure et à la distribution de volumes précis de liquides, en particulier de l'ordre du. microlitre, s'est fait de plus en plus sentir au cours de ces quelques dernières années. Par exemple, des volumes de quelques millilitres ou moins de nombreux produits pharmaceutiques sont distribués sous forme liquide dans des fioles et, de ce fait, lé besoin d'un équipement automatique de mesure et de distribution précises et rapides est manifeste. De plus, les besoins toujours croissants d'études microanalytiques dans les recherches de biochimie, les examens cliniques de routine, les études concernant les enzymes, etc., nécessitent des appareils .analytiques et automatiques rapides. Cependant, actuellement, il n'existe que peu-d'appareils per- f mettant une mesure et un transfert rapides et précis de petits volumes de liquides. Il faut, soit utiliser un équipement coûteux et/ou compliqué, soit mettre en oeuvre des techniques bien connues mais prenant du temps et imposant des délais. Dans de nombreux cas la rapidité de la mesure et de la distribution des liquides constitue un facteur important. Par exemple, dans les analyses colorimétriques, il est souvent d'importance primordiale que plusieurs réactions commencent exactement au même moment, si l'on veut obtenir des résultats fiables. Il en est particulièrement ainsi dans les études concernant les enzymes, dans lesquelles des mesures peuvent.souvent être effectuées quelques secondes ou quelques minutes seulement aprè le début de la réaction. De plus, on commence à disposer maintenant de photomètres analytiques à posteg&ultiples à champ de force centrifuge pour la microanalyse rapide de liquides très divers, tels que les fluides du corps, par exemple le sérum sanguin, ou les produits alimentaires etc. De tels appareils permettant d'exécuter rapidement et simultanément de nombreuses analyses, il est manifeste qu'ils nécessitent BAD ORIGINAL 70 30263 ., . 2058356 des dispositifs ou appareils permettant de mesurer et de distribuer des liquides avec précision. •En conséquence, la présente invention-concerne un nouvel appareil de mesure et de transfert permettant de mesurer et transférer des volumes de liquides précis. Il peut être utilisé pour la dietri-5 bution rapide de volumes précis de liquides destinés à des études microanalytiques. En particulier, il peut être utilisé pour la mesure ét la distribution rapide de liquides dans un photomètre analy-. tique à postes multiples. D.'une manière. générale, la présente invention concerne un appareil destiné à la mesure et au transfert précis 10 'de - liquide' dans un champ de force centrifuge. Elle concerne également un procédé pour la mise en oeuvre de l'appareil, indiqué ci-des-sus.Ce dernier comprend un disque annulaire, sur la surface supérieure duquel est réalisée au moins une chambre réservoir, au moins un tube de mesure capillaire dont l'extrémité ouverte.est disposée 15 dans la chambre réservoir et est inclinée d'un angle inférieur à un angle droit par rapport à la direction de la force produite par le champ centrifuge et dont l'autre extrémité est en communication avec un orifice de sortie du disque. Un dispositif fait tourner l'appareil pour produire une force centrifuge et un élément collecte le liquide 20 lorsque l'appareil est mis en rotation. - ' Le procédé de mise en oeuvre de l'appareil de l'invention per met une mesure et une distribution rapides de volumes précis de liquides dans un champ centrifuge. Lorsque le liquide remplit les réservoirs du .disque annulaire jusqu'à un niveau suffisant pour recou-25 vrir l'extrémité ouverte du tube capillaire, la capillarité de ce dernier provoque son remplissage à un volume prédéterminé. Le disque est mis ensuite en rotation à une vitesse suffisante pour que la force centrifuge fasse passer la totalité du liquide. d.e l'extérieur du bout ou extrémité du tube vers une première extrémité de la cham-30 bre réservoir. Lorsque la vitesse du rotor continue à augmenter, la force centrifuge devient suffisante pour que le volume mesuré de liquide soit envoyé du tube capillaire dans un réceptacle ou une chambre de réaction. D'autres avantages -;t caractéristiques de la présente inven-35 tion ressortiront au cours de la description détaillée - qui"va suivre, faite en regard du dessin annexé qui donne à titre explicatif "mais nullement limitatif, deux formes de réalisation conformes à l'inventi BAD ORIGINAL CQPY 70 30263 2058356 3- ^ Sur ce dessin : les figures 1 et 2 sont des coupes transversales de deux modes de réalisation différents de l'appareil, et la figure 3 est une vue en perspective partielle de l'appa-5 reil de la figure 2. La figure 1 représente un premier mode de réalisation de l'appareil selon l'invention, qui comprend un -di3que annulaire 10, dans lequel une chambre réservoir 12' disposée à l'extérieur, est délimitée par sa paroi périphérique,, une paroi périphérique inté-10 rieure verticale 18 constituant un élément permettant à l'opérateur de saisir le disque et de l'enlever du rotor pour le séparer des réceptacles collecteurs. La chambre réservoir 12 peut être équipée d'un élément 16 évitant les éclaboussures de liquide lorsque le disque est mis en rotation à grande vitesse. En variante, la chambre 15 12 peut comporter un orifice de sortie (non représenté) permettant d'envoyer le liquide dans une cuvette du disque afin de vider complètement la chambre réservoir. Un tube capillaire 14 part de la chambre 12, traverse le disque 10 et va jusqu'à un orifice de sortie de sq surface inférieure. Le liquide que l'opérateur met dans la cham-20 bre n'a pas besoin d'être mesuré avec précision,mais sa quantité doit être suffisante pour que son niveau 20 se trouve au-dessus de l'extrémité ouverte du tube capillaire. Comme indiqué ci-après, l'extrémité de sortie 22 du tube peut être conique ou comporter le même diamètre intérieur que son extrémité d'entrée. 25 La figure 2 représente un autre mode de réalisation de l'ap pareil dans Lequel le tube capillaire 28' qui est représenté en coupe descend dans la chambre réservoir 26 du disque annulaire 24- L'extrémité d'entrée ou extrémité 30 du tube capillaire 28 est dispesée de manière à se trouver en dessous du niveau, du liquide introduit 30 dans la chambre. Un tube 32 en communication avec le tube capillaire 28 et l'orifice de sertie 34 ssr réalise en une matière qui ne retient pas le liquide sur ses parois intérieures lorsque le disque est mis en rotation. Les polymères de tétrafluoroéthylène constituent de telles matières appropriées. Un avantage particulier de ce mode de réalisa-35 tion est le fait que le tube 32 n'a pas besoin de traverser le fond delà chambre réservoir et peut traverser le disque en un point situé à proximité de la chaœbra. On 4vite ainc-i la nécessité d'un joint BÂD ORIGINAL OOPv 70 30263 _ 4 _ 2058356 itanche aux liquides à l'endroit oîi le tube traverse le fond de la chambre réservoir. Il convient de noter, cependant, que l'orifice de sortie n'a pas besoin de se trouver sur .la surface inférieure du disque annulaj mais qu'il peut être situé presque n'importe où aussi longtemps que son emplacement est plus éloigné du centre de rotation du disque qui l'extrémité d'entrée ou extrémité ouverte du tube capillairea Par exemple, l'orifice de sortie pourrait être situé sur le bord périphérique extérieur du disque et le liquide pourrait être envoyé dan; des réceptacles d'un second disque annulaire dont le diamètre intérieur serait légèrement plus grand que le diamètre extérieur du pre> mier disque annulaire. En variante, les tubes peuvent être disposés de manière que le liquide soit envoyé à d'autres réceptacles ou d'autres zones de réactions de la surface du. disque annulaire, disposés entre les chambres réservoirs. La figure 3 est une vue en perspective en forme de secteur d l'appareil de la figure 2. Le disque annulaire 36 comporte plusieur chambres réservoirs 38 et plusieurs tubes capillaires 40. Un tube 4 traversant le disque 36 en un point situé entre les chambres réservoirs 35 est en communication avec le tube capillaire 40 et l'orifl de sortie 44. La forme de la chambre réservoir du disque n'a pas nécessaii ment une importance critique et il est possible d'utiliser des fore diverses.,Par exemple elles peuvent être circulaires et être disposées autour du bord périphérique du disque ou autour de son bord intérieur. Elles peuvent également être allongées, rectangulaires, en forme de pyramides dont les sommets sont tournés vers le bord intérieur, etc. En pratique, il est possible d'utiliser des tubes capillairi très divers dans l'appareil de l'invention» Cependant, il est ifipc: tant que le diamètre intérieur des tubes soit uniforme poi^r que le mesures des volumes de liquides le soient également. Dans le mode réalisation représenté sur la figure 1, l'extrémité da sortie peux volonté être conique et permettre d'utiliser un tube d'ion diataètrs intérieur plus grand sans que le liquide soit distribué avant que le liquide se trouvant dans la chambre réservoir n'ait été poussé vers le côté. BAD ORIGINAL GQPY 70 30263 - 5 - 2058356 On trouve dans le commerce des tubes capillaires à parois minces et à alésage précis dont les diamètres sont compris, par exemple, entre 1,5 et 2,0 mm et qui sont calibrés de manière à aspirer des volumes précis de liquides, par exemple 0,5 ml, 0,75 ml etc. Le volume du liquide aspiré dans le tube capillaire dépend, bien entendu, principalement, du diamètre intérieur du tube lui-même . - En général, l'appareil de l'invention permet la mesure et le transfert très précis de volumes de liquides pouvant descendre jusqu'à 5 microlitres et moins. Il convient particulièrement à la mesure et au transfert de volumes de liquides compris entre 5 et 50 microlitres environ et de volumes plus importants. Bien entendu, suivant le diamètre intérieur du tube capillaire, il est possible de mesurer et de transférer des volumes plus importants. L'angle entre le tube et le champ centrifuge n'a pas nécessairement une importance critique aussi longtemps qu'il est inférieur à 90° c'est-à-dire que l'extrémité du tube qui est opposée à son extrémité plongée dans le liquide est inclinée vers le bord périphérique extérieur du disque. L'appareil de l'invention peut être utilisé pour transférer ou di-stribuer des liquides dans des fioles, des chambres de réaction, des chambres de conservation, etc. Bien entendu, le réceptacle doit être disposé en un point où il peut recevoir le liquide distribué. De plus, il doit être mis en rotation à la même vitesse 4 que le disque. De. ce fait, l'appareil"de l'invention peut être utilisé pour distribuer des liquides pharmaceutiques ou autres,dans des fioles placées dans un disque annulaire associé et disposées de manière à recevoir le liquide refoulé. L'appareil selon l'invention est particulièrement utile pour distribuer des réactifs ou des échantillons destinés à des microanalyses dans un rotor à cuvette multiple du type décrit dans Analytical Biochemistry 28, 545-562 (1969). Cet apparei2. met en oeuvre le principe de la spectrophotométrie à double faisceau et permet de comparer les pouvoirs absorbants d'un échantillon liquide et d'une solution de référence. Un rotor à cuvette fait passer rapidement plusieurs échantillons en regard d'un faisceau de lumière fixe. Le champ centrifuge fournit la force déplaçant les échantil- 70 30263 _6 _ 2058356 Ions et les réactifs dans la cuvette, les mélangeant, éliminant les bulles d'air, faisant déposer les particules de matières solides, et L'appareil selon l'invention peut être adapté facilement au rotor à cuvette et il peut être disposé au-dessus des chambres à 5 échantillons et/ou à réactifs. Par exemple, comme décrit à la page 551 de l'article mentionné ci-dessus, pour le transfert de l'échantillon et du réactif et pour le chargement des disques,.le disque annulaire de 1'invention peut être disposé au-dessus des cavités concentriques contenant les fluides et permettre d'envoyer le li-10 quide dans une ou plusieurs cavités. Comme indiqué .sur les dessins, l'appareil peut être conçu de manière à.être enlevé facilement du rotor. Il convient de noter qu'en pratique, l'appareil de l'invention est particulièrement utile pour les mesures et les transferts 15 répétés de volumes précis d'un même liquide. Si les réservoirs contiennent une quantité de liquides suffisante et si la force centrifuge est diminuée en ralentissant le disque annulaire, le liquide revient et recouvre l'extrémité ouverte du tube capillaire qui se remplit alors par capillarité. Lorsque la vitesse du rotor augmente 20 un second volume précis de liquide est distribué. L'appareil de mesure et de transfert de l'invention peut êtn réalisé en pres.que n'importe quel type de matériau supportant des rotaTicns pouvant s'élever jusqu'à 2000 tours par minute ou plus. Par exemple, il peut être en "Teflon", en "Pyrex", en acier inoxy-25 dable, etc. Cependant, il est avantagaux que l'appareil soit en une matière, telle que du "Teflon", inerte vis-à-vis des échantillons e des réactifs et permettant de réaliser les chambres réservoirs simplement par découpe de cavités dans le disque. Dans la;. plupart des les tubes capillaires sont en verre mais il est possible d'utiliser 30 également d'autres matières. Comme indiqué précédemment, le tube qu fait communiquer le tube capillaire et l'orifice de sortie est de préférence en "Teflon". Il va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif mais nullement limitatif et qu'e] 35 est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. copy j 70 30263 "7" 2058356 EEVBïïDIO ATICîTB 1. Appareil destiné à la mesure et au transfert précis de liquides/dans un champ de force centrifuge, caractérisé en ce qu'il comprend un disque annulaire dont la surface supérieure comporte au moins une chambre réservoir et au moins un tube capillaire de mesure 5 dont l'extrémité ouverte est disposée dans la chambre réservoir et est inclinée d'un angle inférieur à un angle-droit par rapport à la "direction de la force produite/par le champ: centrifuge, son autre extrémité étant en communication avec un orifice de sortie du disque, un organe faisant tourner l'appareil pour produire une force centri- 10 fuge et un dispositif collectant le liquide lorsque l'appareil est mis en rotation. 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité ouverte du tube capillaire de mesure descend, dans la chambre réservoir et est inclinée d'un angle inférieur à un angle 15 droit par rapport à la direction de la force produite par le champ centrifuge, son autre extrémité traversant le disque en un point situé à proximité du réservoir et étant en communication avec un orifice de sortie du disque. 3. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce 20 qu'un tube ne retenant pas les liquides met en communication le tube capillaire avec un orifice de sortie du disque. 4. Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que ledit tube est'en un polymère de tétrafluoroéthylène. 5. Appareil suivant la revendication 4, caractérisé en ce que 25 l'orifice de sortie est disposé sur la surface inférieure du disque. 6. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité ouverte du tube capillaire do. mesure monte à travers le disque et pénètre dans la chambre réservoir où. elle est inclinée d'un angle inférieur à an angle droit par rapport à la direction de 30 la force produite par le chusip c tri_'ugs, son autre extrémité étant en communication avec un orifice de sortie du disque. 7. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le disque annulaire ne comporte qu'une seule chambre réservc-ir disposée autour de son bord périphérique et plusieurs tubes capillairos 35 de mesure. 8. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le disque annulaire co,'!por"i'° plusieurs chambres réservoirs indivà BAD ORIGINAL copv ] 70 30263 - 8 - 2058356 duelles. 9. Appareil suivant la revendication 8, caractérisé en ce que chacune des chambres réservoirs/comporte plusieurs tubes capillaires» 10» Procédé pour la mesure et le transfert précis de liquides, 5 caractérisé en ce qu'il consista à remplir la chambre réservoir de l'appareil de la revendication 1 avec un liquide jusqu'à ce que l'extrémité ouverte du tube capillaire se trouve en dessous de la surface de ce dernier et que la capillarité provoque le remplissage du tube jusqu'à un niveau précis, à faire tourner l'appareil pour pro-10 duire des forces centrifuges suffisantes pour successivement écarter de l'extrémité du tube la totalité du liquide sauf celui qu'il contient, faire sortir le liquide retenu du tube et l'envoyer dans un réceptacle.