Brevet FR2111843A1 — publié le 19720609

La présente invention concerne la distribution précise de liquides ou de gels et plus particulièrement un appareil et un procédé pour collecter et essayer des fractions de liquide ou de gel dans un laboratoire. Dans la recherche biomédicale et la fabrication pharmaceutique une 5 opération importante est la distribution de volumes identiques de liquides ou de gels dans des récipients collecteurs par un procédé appelé collecteur de fractions. Suivant un mode de fonctionnement caractéristique, de petits volumes de liquides ou de gels sont distribués mécaniquement et de façon continue dans une série de récipients ou de tubes collecteurs. La plus petite quantité de liquide 10 ou de gel pouvant être distribuée par les dispositifs existant actuellement est déterminée par la dimension de la goutte formée à l'extrémité du tube ou de l'aiguille de distribution au-dessus du récipient collecteur. De ce fait, il est fréquemment impossible d'obtenir une fraction ou dose précise et reproductible. Les collecteurs de fractions courants prévus pour l'utilisation 15 en chromatographie, électrophorèse ou ultracentrifugation forment les fractions par comptage de gouttes, par des dispositifs doseurs à volume constant commandés par siphonage mécanique ou par l'action d'une soupape automatique, ou bien par minutage d'un intervalle de distribution. Tous ces procédés suivant lesquels le liquide peut tomber par gravité dans une série de tubes ne sont pas satisfai-20 sants pour collecter des fractions faibles et égales (0,5 ml ou moins) parce que (1) la dimension de la fraction désirée ne correspond pas à un nombre entier de gouttes, (2) des gouttes sont perdues entre les tubes récepteurs au moment du changement de fraction, (3) la dimension des gouttes change avec la concentration du produit en solution dans le liquide, et (4) parce qu'une partie relati-25 vement importante et variable du volume de la fraction reste à l'extrémité du tube ou de l'aiguille de distribution. De plus, la résolution est souvent déterminée par la petitesse des fractions pouvant être collectées avec précision. Cela concerne tous les procédés par lesquels la détection et l'analyse quantitative de substances ayant été séparées en bandes ou zones étroites et étroitement 30 espacées doivent avoir lieu par échantillonnage en discontinu. La séparation en deux bandes étroitement espacées ne peut par suite être détectée que s'il est possible de collecter un nombre suffisant de petites fractions pour l'analyse. Le fractionnement en volumes plus petits peut être obtenu à la pipette (comme dans les opérations manuelles de laboratoire) en touchant la 35 surface du récipient ou du tube récepteur avec l'extrémité de la pipette ou en trempant l'extrémité de la pipette en dessous de la surface du diluant présent dans le récipient récepteur. Une telle pipette et le procédé pour l'utiliser sont décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 2 991 647. Cepen 71 38482 2 2111843 dant, le premier procédé implique des pertes évidentes et le second provoque la contamination des récipients consécutifs par le fluide présent dans le tube précédent. Les deux procédés sont compliqués et d'une adaptation difficile pour le fonctionnement automatique. 5 Le problème du fractionnement pour collecter des volumes faibles peut bien entendu être simplifié en diluant la solution à distribuer pour augmenter le volume à distribuer afin qu'il devienne important par rapport à la dimension d'une goutte. Cependant, cela n'est pas possible pour de nombreuses applications, comme c'est le cas dans le fractionnement de façon continue de milieux 10 non homogènes (dont des exemples sont les gradients de densité et des gels pour la centrifugation et 1'électrophorèse) utilisé pour la séparation et le morcellement de substances. Avec les équipements actuels, il n'a pas été possible de traiter par un fonctionnement automatique des gradients de densité de volume faible 15 (3 à 20 ml) avec une résolution et une précision acceptables. Un collecteur de fractions commercial connu utilisant des fioles de comptage des scintillations d'un liquide permet le fractionnement automatique de gradients de densité de volumes relativement importants (plus de 20 ml), mais 1'utilité de ces instruments est limitée en raison des nouvelles techniques à centrifugation rapide 20 de volumes faibles et de la nécessité de l'addition indépendante des réactifs de scintillation nécessaires. L'invention concerne une nouvelle forme d'éléments pour la distribution précise de volumes faibles de liquides ou de gels, n'ayant pas les limitations des systèmes collecteurs de fractions automatiques et manuels anté-25 rieurs. Cette précision est obtenue dans un appareil et par le procédé selon l'invention par enlèvement des gouttes même fractionnaires de l'extrémité du tube ou de l'aiguille distribuant le liquide ou" le gel aux récipients collecteurs en nettoyant cette extrémité avec un petit volume d'un liquide convenable de rinçage ajouté à la commande à partir d'un réservoir d'alimentation, iimtié-30 diatement avant l'avance de l'extrémité de distribution jusqu'au récipient suivant. Le liquide de rinçage peut être n'importe quel liquide compatible physiquement et chimiquement avec la fraction, par exemple de l'eau distillée ou un solvant organique convenable. Quand les opérations consécutives nécessitent l'addition de réactifs chimiques, le liquide de rinçage peut être formé 35 par ces réactifs ou peut les contenir. L'invention concerne aussi un ajutage distributeur pouvant être commandé pour que les réactifs nécessaires pour l'essai par scintillation d'un liquide des fractions collectées soient distribués simultanément avec les frac 71 38482 3 2111843 tions de façon à supprimer la perte de temps et à supprimer l'addition séparée des réactifs, inefficace et prenant du temps. L'invention peut être utilisée pour des systèmes collecteurs automatiques ou manuels et quand elle est utilisée avec un collecteur mobile 5 de fractions, des minuteries et des pompes de types commerciaux, elle permet à un système complètement automatique de traiter un liquide ou un gel pour des essais de radioactivité ou des essais chimiques. Des économies substantielles de temps sont ainsi obtenues en même temps qu'un plus grande précision et une résolution supérieure des essais de radioactivité parce que la résolution augmente 10 du fait des fractions plus petites pouvant être obtenues en utilisant la présente invention. Des applications typiques d'un système de fractionnement par "microdistribution" et de traitement automatique rendues possibles par l'invention sont le traitement des gradients de densité de liquide pour le traitement des 15 gradients de densités de liquides et de gels d'électrophorèse à acrylamide pour les essais de radioactivité et l'essai automatique chimique de fractions obtenues de colonnes de chromatographie, de gradients de densité ou de gels d'acrylamide. Le fractionnement des gels par les techniques existantes est similaire au fractionnement des liquides, et il est sujet aux mêmes limitations. 20 Par l'utilisation de l'action de lavage en discontinu et l'addition de réactifs dans un appareil selon l'invention la même augmentation de la précision et du gain de temps peut être obtenue pour le traitement des gels. L'invention a par suite pour objet un procédé et un appareil pour la distribution précise de volumes répétés de liquides ou de gels. 25 L'invention a aussi pour objet un procédé et un appareil du type décrit comportant un dispositif pour l'addition automatique et simultanée de réactifs pouvant être nécessaires pour des essais de radioactivité ou des essais chimiques consécutifs sur les échantillons collectés pendant le fractionnement. L'invention a aussi pour objet un appareil comportant un disposi-30 tif microdistributeur de liquide ou de gel en combinaison avec un dispositif distributeur de réactifs, cet appareil pouvant être adapté pour être monté sur n'importe quel collecteur automatique de fraction existant déjà. L'invention a aussi pour objet un procédé et un appareil pour combiner la microdistribution de liquides et de gels avec la distribution de 35 réactifs, et permettant de réduire substantiellement le temps nécessaire pour * collecter et traiter les fractions. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en se référant au dessin annexé sur lequel: 2111843 71 38482 4 - la figure 1 est une vue en élévation d'un appareil distributeur de liquide ou de gel et de réactifs selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, et - la figure 2 est une coupe à plus grande échelle de l'ensemble 5 distributeur de l'appareil de la figure 1. L'appareil distributeur de liquide ou de gel représente sur la figure 1 comprend un bloc de montage en équerre 10 qui est fixé par une plaque 70 à la partie inférieure d'une tête de distribution de liquide ou de gel (non représentée) de n'importe quel type connu. La plaque de fixation 70 compor-10 te des ouvertures en boutonnières convenables pour recevoir des vis 71 permettant de régler l'appareil dans la direction de déplacement et latéralement par rapport au centre des récipients collecteurs, de la façon décrite. Le bloc 10 comporte un alésage vertical 12 (figure 2) dont l'extrémité supérieure est ouverte latéralement pour former un canal vertical 14 et un canal à extrémité supé-15 rieure ouverte 16 communiquant avec le canal 14 suivant un angle aigu. L'alésage et les deux canaux supportent l'ensemble distributeur de liquide 18 de façon amovible. L'ensemble distributeur 18 comporte une aiguille ou conduit de petit diamètre 20 connecté par un tube 22 à un récipient d'alimentation en 20 liquide ou en gel, et qui se termine à l'extrémité inférieure par une extrémité de distribution 24. Un tube ou manchon cylindrique 30 ayant un diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur de l'aiguille 20 entoure l'aiguille 20 pour former autour de celle-ci un passage annulaire 32. Le passage 32 est fermé à son extrémité supérieure par un bouchon amovible 34 comportant un alésage 25 central 36 qui supporte l'aiguille 20 coaxialement dans le passage 32. L'extrémité inférieure ouverte 38 du manchon 30 est située au-dessus de l'extrémité de distribution 24 pour une raison qui apparaîtra ci-après. Une branche tubulaire latérale 40 dépasse suivant un angle aigu du manchon 30 et débouche dans le passage 32, cette branche tubulaire pouvant 30 être raccordée par un tube 42 à un dispositif d'alimentation en liquide de rinçage et une pompe de rinçage (non représentés). Il sera noté que tout l'ensemble 18 est supporté du fait de la forme complémentaire de l'alésage 12 et des canaux 14 et 16, de sorte que cet ensemble peut être facilement enlevé pour le nettoyage, l'entretien et le remplacement. 35 Le pied du bloc en équerre comporte un canal vertical ou échancrure défini par une paroi verticale 44 et débouchant à la face d'extrémité 45 du pied. Ce canal est destiné à recevoir de façon amovible un bloc rapporté 46 qui supporte dans un alésage vertical 48 un ajutage distributeur courbe 50 ayant une partie verticale 52. L'ajutage distributeur 50 peut être raccordé par un tube 54 à une 71 38482 5 7.111011 source de réactifs liquides scintillateurs et à une pompe (non représentées). La position latérale de l'ajutage distributeur 50 peut être réglée au moyen d'une vis de blocage 56 dont l'extrémité est engagé; dans une rainure horizontale 58 d'un côté du bloc 46, et la position verticale et radiale de l'ajutage 5 peut être réglée au moyen de la vis de blocage 60 vissée dans un taraudage du bloc 46 pour porter contre la partie verticale 52 de l'ajutage. L'ajutage peut ainsi être positionné avec précision par rapport à l'extrémité de distribution 24 et aux récipients récepteurs d'après les conditions particulières d'utilisation. 10 Pendant l'utilisation de l'appareil distributeur, les gouttes du liquide distribué et à collecter se forment à l'extrémité 24 de l'aiguille 20 au-dessus du récipient collecteur en position. Après un temps prédéterminé pendant chaque cycle de distribution, la pompe de rinçage est actionnée pour refouler une charge de liquide de rinçage à travers la branche latérale vers 15 le passage 32 à travers lequel le liquide descend en circulant autour de l'aiguille 20 pour sortir par l'extrémité inférieure 38 du manchon. Le liquide sortant par cette extrémité entoure l'extrémité de l'aiguille et s'écoule jusqu'à l'extrémité de distribution 24 de l'aiguille 20 sous la forme d'un courant pour enlever de cette extrémité la goutte ou la goutte fractionnaire 20 formée à l'extrémité de l'aiguille. Les diamètes relatifs de l'aiguille 20 et du passage 32 sont dans une certaine mesure fonction de la tension superficielle du liquide de rinçage, et ils sont choisis pour éviter un écoulement indésirable du liquide de rinçage entre les rinçages commandés. L'invention permet de réaliser un système entièrement automatique 25 pour n'importe quel processus analytique, de la façon décrite ci-dessus. Dans un tel système , l'appareil microdistributeur et distributeur de réactifs est combiné avec un collecteur commercial de fractions qui déplace les récipients collecteurs par rapport à l'appareil distributeur stationnaire ou qui déplace la tête de distribution au-dessus d'un support de récipients collecteurs. 30 L'appareil distributeur est interposé entre le système d'alimentation et les récipients collecteurs. Le système comporte aussi des éléments connus tels qu'un dispositif d'alimentation en réactif et une pompe à réactif, un récipient de liquide de rinçage et une pompe, une première minuterie pour régler la durée de distribution et une seconde minuterie pour régler la distribution du liquide 35 de rinçage et du réactif de scintillation quand cela est nécessaire. Bien entendu, il sera remarqué que, quand le traitement particulier implique des essais chimiques sur les fractions, le liquide de rinçage peut être formé entièrement ou partiellement par le réactif ou les réactifs nécessaires. Pour un fonction 71 38482 6 2111843 nement du système automatique décrit ci-dessus, la pompe dt rinçage et la pompe à réactif sont de préférence du type à fonctionnement à un coup pour chaque cycle. Le fonctionnement des pompes est synchronisé avec l'avance de la tête de distribution ou des récipients collecteurs, d'après le type de collecteur 5 utilisé, de façon que le pompage soit déclenché et que l'addition de liquide soit terminée immédiatement avant l'avance jusqu'au récipient collecteur suivant. Ce résultat est obtenu en utilisant le signal de la première minuterie, telle qu'une minuterie commandant normalement l'avance vers le récipient collecteur suivant dans un système collecteur de fractions courant, et en envoyant le 10 signal à une seconde minuterie, par exemple une minuterie asservie ou un dispositif à retard qui à son tour provoque le fonctionnement des pompes. La minuterie asservie est réglée pour un intervalle plus court de quelques secondes que l'intervalle de distribution. Par suite, à chaque avance vers le récipient collecteur suivant, la 15 minuterie asservie est démarrée. A la fin de l'intervalle, ou peu de secondes avant l'avance suivante, la minuterie asservie fait fonctionner les pompes, et le liquide de rinçage et/ou le réactif sont introduits dans l'appareil distributeur. Le bloc de montage et le bloc rapporté sont de préférence en matière rigide, légère et facile à former ou à usiner, par exemple en métal, 20 en matière plastique ou en bois, pour que ces blocs supportent et maintiennent convenablement les différents éléments en place. L'ensemble distributeur 18 peut être en n'importe quelle matière convenable non réactive et d'un nettoyage facile, par exemple en acier inoxydable ou en verre. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative 25 et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. 71 38482 7 2111843 REVENDICATIONS 1. Procédé pour doser d'une façon précise des fractions d'essai à partir d'un réservoir à fluide tel qu'un liquide ou un gel caractérisé par la distribution du fluide pendant une période prédéterminée à travers un conduit de petit diamètre ayant une extrémité de distribution et étant partiellement 5 entouré par un dispositif formant un passage de plus grand diamètre le long du premier conduit, et l'envoi après un temps prédéterminé pendant cette période d'un liquide de rinçage dans le passage pour le rinçage de l'extrémité de distribution afin d'enlever tout fluide subsistant à cette extrémité pour compléter la fraction d'essai. 10 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide de rinçage contient un réactif utilisé pour une analyse chimique de la fraction d'essai. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par la distribution dans la fraction d'essai d'un réactif scintillateur liquide simultanément 15 avec la distribution du liquide de rinçage. 4. Appareil pour distribuer des volumes précis d'un fluide tel qu'un liquide ou un gel caractérisé par un conduit distributeur pouvant être connecté à un réservoir de fluide et se terminant par une extrémité de distribution, un dispositif voisin d'au moins une partie du conduit pour former un pas- 20 sage le long de cette partie et un dispositif de rinçage communiquant avec le passage pour l'envoi d'un liquide de rinçage dans le passage en réponse à un signal prédéterminé, afin que le liquide de rinçage enlève par rinçage de l'extrémité de distribution tout fluide collecté à l'extérieur de cette extrémité pour compléter le volume de fluide distribué, 25 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le conduit est une aiguille creuse et le dispositif voisin de cette aiguille est un manchon tubulaire cylindrique ayant un diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur de l'aiguille, l'aiguille étant positionnée dans le manchon de façon qu'au moins l'extrémité de distribution dépasse à l'extérieur au-delà de l'extré- 30 mité inférieure du manchon. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de rinçage envoie le liquide de rinçage sous pression et la différence entre le diamètre intérieur du manchon et le diamètre extérieur de l'aiguille est telle qu'elle empêche efficacement l'écoulement du liquide de rinçage entre 35 les périodes de rinçage. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif de rinçage comporte une branche latérale creuse dépassant du manchon et communiquant avec le passage en un point voisin de son extrémité supérieure. 71 38482 2111843 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé par un bouchon fermant l'extrémité supérieure du passage et comportant un alésage central pour recevoir l'aiguille et la maintenir coaxialement d£n- '■ a. manchon. 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, carac-5 térisé par un dispositif distributeur de réactif pour distribuer un réactif pendant la période de distribution du fluide en réponse à un signal prédéterminé. 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé par un bloc démontage et un dispositif sur le bloc pour supporter l'aiguille, la manchon et le dispositif distributeur de réactif de façon facilement amovible. 10 11. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif distributeur de réactif comporte un ajutage et un dispositif permettant de régler la position de l'ajutage latéralement, verticalement et radialement. 12. Appareil pour former continuellement et automatiquement des fractions d'essais précises à partir d'un réservoir à fluide tel qu'un liquide 15 ou un gel pour une analyse consécutive, l'appareil comportant un porte-récipients portant plusieurs récipients collecteurs, une tête de distribution au-dessus des récipients et un dispositif pour déplacer la distribution du fluide d'un récipient au suivant, suivant un cycle de distribution prédéterminé, caractérisé par un bloc de montage fixé à la tête de distribution, un conduit de petit 20 diamètre ayant une extrémité de distribution, un manchon tubulaire de diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur du conduit entourant une partie du conduit pour former entre les deux un passage annulaire, un dispositif fixant coaxialement le conduit dans le manchon de façon que l'extrémité de distribution dépasse l'extrémité inférieure du manchon, une branche latérale tubulaire 25 dépassant du manchon et communiquant avec le passage, un dispositif dans le bloc coopérant avec le conduit, le manchon et la branche latérale pour les supporter de façon amovible, un dispositif pour connecter la"branche latérale à une source de liquide de rinçage, une pompe pour envoyer le liquide de rinçage à la branche latérale et une minuterie pour faire fonctionner automati-30 quement la pompe à un temps prédéterminé pendant chaque cycle de distribution, de façon que le liquide de rinçage s'écoule à travers le passage pour enlever par rinçage de l'extrémité de distribution tout fluide collecté à cette extrémité afin de compléter chaque fraction. 13. Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce que 35 la différence entre le diamètre intérieur du manchon et le diamètre extérieur du conduit est telle qu'elle empêche l'écoulement du liquide vers la pompe entre les périodes de rinçage. 71 38482 9 2111843 14. Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce que le liquide de rinçage est un réactif utilisé pour une analyse chimique de chaque fraction d'essai. 15. Appareil selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, 5 caractérisé par un ajutage pour réactif, un dispositif pour fixer de façon amovible et réglable cet ajutage sur le bloc de montage, un dispositif pour connecter l'ajutage pour le réactif à une source de réactif de scintillation liquide et une seconde pompe pour distribuer le réactif de scintillation à l'ajutage, la minuterie faisant fonctionner automatiquement la seconde pompe 10 pour envoyer dans la fraction d'essai simultanément avec l'envoi du liquide de rinçage une quantité prédéterminée de réactif de scintillation liquide pour l'essai de la radioactivité de chaque fraction d'essai.