Brevet FR2493725A1 — publié le 19820514

PROCEDE ET DISPOSITIF DE FRACTIONNEMENT D'UNE SOLUTION PAR ELECTROPHORESE L'invention concerne un procédé et un dis- positif de fractionnement d'une solution en vue de séparer au moins deux groupes de substances dissoutes dans celle-ci; elle vise un procédé et un dispositif de fractionnement par électro- phorèse, utilisant un champ électrique pour produire une migra- tion des substances. On a déjà utilisé en laboratoire l'électro- phorèse pour fractionner une solution et obtenir des fractions liquides, enrichies en substances contenues dans la solution initiale; l'intérêt essentiel de ce type de procédé est qu'il conserve les propriétés spécifiques des substances fractionnées sans les dénaturer et également qu'il conduit à de faibles con- sommations énergétiques. Toutefois, les procédés de fractionnement par électrophorèse actuellement connus demandent une préparation préalable de la solution initiale, qui doit être diluée et dialysée, en général pour ajuster son pH en vue d'autoriser un fractionnement efficace. Ces opérations de dialyse sont longues et délicates et sources de contaminations bactériennes des so- lutions. Par exemple, dans un article du "Journal of American Chemical Society" de 1949 Tome 71 page 1609, J.R. CANN, R.A. BROWN et JG. KIRKWOOD indiquent que le fractionnement d'un sé- rum sanguin bovin pour obtenir une fraction liquide riche en y globulines et des fractions liquides contenant les autres protéines du sérum, nécessite une étape préalable de dialyse du sérum durant entre deux-et trois jours, alors que le frac- tionnement proprement dit décrit dans cette publication requiert environ 10 à 20 heures. On conçoit dans ces conditions que cet inconvénient majeur de ces procédés freine considérablement leur possibilité d'industrialisation. De plus, dans les dispositifs de fractionne- ment par électrophorèse expérimentés jusqu'à présent, les frac- tions séparées par le champ électrique subissent un remélange permanent avec la solution initiale, ce qui allonge considéra- blement les durées de fonctionnement nécessaires pour obtenir un taux de fractionnement donné. En outre, dans ces dispositifs connus, les membranes sont imparfaitement maintenues (de par la structure même de ces dispositifs) et elles ont tendance à se déformer, ce qui nuit à l'efficacité du fractionnement. La présente invention se propose de supprimer les défauts des procédés et dispositifs connus de fractionne- ment par électrophorèse, tout en permettant de profiter pleine- ment des avantages de ce type de procédé. Un objectif essentiel de l'invention est en particulier d'éliminer radicalement l'étape préalable de dia- lyse ou autre préparation analogue. Un autre objectif est de permettre d'effec- tuer le fractionnement en continu. Un autre objectif résultant des deux premiers est d'autoriser une mise en oeuvre pratique du procédé à l'é- chelle industrielle. Un autre objectif est d'améliorer considéra- blement l'efficacité du procédé et du dispositif, notamment en - limitant les remélanges des fractions séparées électriquement, en réduisant les risques de déformation des membranes et en limitant les zones mortes du dispositif o le taux de fraction- nement est faible. Un autre objectif est d'étendre les possibi- lités d'application des procédés de fractionnement par électro- phorèse. Un autre objectif est de fournir un disposi- tif susceptible d'être fabriqué à faible coût. A cet effet, le procédé visé par l'invention pour fractionner une solution comprenant au moins deux groupes de substances dissoutes dans un liquide en vue d'obtenir au moins deux fractions liquides contenant, l'une le premier grou- pe de substances avec une richesse relative supérieure à celle de la solution initiale, l'autre le deuxième groupe avec une ri- chesse relative supérieure à celle de ladite solution, est du type dans lequel on délivre la solution initiale dans au moins une chambre de fractionnement délimitée sur deux grandes faces opposées par deux membranes semi-perméables, on applique un champ électrique dans ladite chambre de façon à engendrer une migration des groupes de substances dépendant de leur caracté- ristiques électriques et physiques, provoquant par l'effet des gradients de concentration une convection naturelle avec la création de flux liquides ascendant et descendant, et on assure des soutirages de liquide en au moins deux zones de prélève- ment différentes de la chambre en vue de recueillir les fractions liquides sus-évoquées; selon la présente inven- tion, on utilise le champ électrique pour réaliser à travers au moins une des membranes semi-perméables, un échange ionique à vitesse élevée entre la solution initiale contenue dans la ou les chambres de fractionnement et une solution auxiliaire disposée de l'autre côté de ladite membrane et contenant des ions de nature appropriée pour passer à travers ladite membra- ne et accentuer les différences de migrations des substances de la solution initiale. - Selon un mode de mise en oeuvre préférentiel, la solution initiale est admise dans une série de chambres de fractionnement accolées séparées les unes des autres par les membranes semi-perméables, la solution auxiliaire étant dispo- sée de part et d'autre des deux chambres extrêmes dans deux compartiments de garde, séparés chacun par une membrane semi- perméable de la chambre de fractionnement extrême voisine, les échanges ioniques s'effectuant à vitesse élevée sous l'effet du champ électrique, à partir desdits compartiments de garde, de proche en proche dans les diverses chambres de fractionnement. Ainsi, le procédé de l'invention conduit à réaliser en une seule opération, dans le même dispositif, d'une part, une adaptation de la solution initiale pour lui conférer des propriétés appropriées de nature à accentuer les différences de migration des substances, d'autre part, l'opéra- tion de fractionnement proprement dit desdites substances. A cet effet, le champ électrique servant au fractionnement sert également à engendrer des échanges ioniques rapides à travers les membranes entre la solution initiale contenue dans les diverses chambres de fractionnement et la solution auxiliaire contenue dans les compartiments de garde. On supprime ainsi ra- dicalement les opérations de préparation préalables, notamment de dialyse qui sont nécessaires dans les procédés classiques, ainsi que tous les inconvénients afférents; de plus, la solu- tion initiale n'a plus à être diluée et le procédé peut s'ap- pliquer à des solutions naturelles dans l'état cU elles sont 2 493725 produites ou recueillies. Par exemple, le procédé peut être appliqué directement à du sérum ou du plasma sanguin, ce qui écarte toutes les manipulations et précautions requises par l'étape de dilution. Les caractéristiques essentielles de la so- lution initiale dont dépendent les différences de migrations entre substances sont constituées par son pH et sa concentra- tion saline. En conséquence, la concentration et la nature des ions de la solution auxiliaire sont choisies dans chaque application de façon à réaliser des échanges ioniques aptes à conditionner un pH et une concentration saline adaptés de la solution initiale. Ce choix dépend des substances en présence et peut être effectué au terme de tests préalables avec plu- sieurs solutions auxiliaires contenant différents types d'ions à différentes concentrations et à différents pH. Par exemple, on peut utiliser les ions suivants: ions phosphates (ions de Na2 HP, de K H2 PO4, de K2 H Po4, Na H2 PO4.) ions carbonates, ions du barbital, ions acétates etc... Dans la plupart des applications, il est intéressant d'annuler la migration d'un groupe de substances afin d'obtenir une différence sensible de migration avec l'au- tre groupe; dans ce cas, la concentration et la nature des ions de la solution auxiliaire sont choisies de façon à réali- ser des échanges ioniques permettant d'ajuster la concentration saline et le pH des solutions contenues dans chaque chambre de fractionnement à une valeur correspondant approximativement au point isoélectrique d'un groupe de substance. Le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre en continu en effectuant une admission continue de so- lution initiale et des prélèvements continus des fractions li- quides; selon une caractéristique du procédé, on engendre dans ce cas une circulation de la solution auxiliaire à l'arrière de la ou des membranes semi-perméables correspondantes, de fa- çon à renouveler ladite solution en continu en vue de préser- ver une concentration ion-.que sensiblement constante à ladite solution. Il est a noter que cette solution auxiliaire peut également servir à assurer une régulation thermique des chambres de fractionnement;-il suffit d'ajuster sa terpératu- re de façon à maintenir la solution initiale dans les chambres de fractionnement à la température désirée, compatible avec la bonne conservation de cette solution et des fractions liquides. - Par ailleurs, pour augmenter l'efficacité du procédé, on utilise de préférence des membranes semi-perméa- bles partiellement sélectives en vue de favoriser le passage d'ions déterminés; le choix des membranes utilisées est ef- fectué au terme de tests préalables, pratiqués avec des membra- nes de sélectivités différentes et une solution initiale sali- ne exempte des groupes de substances, les profils de concentra- tions salines étant visualisés dans chaque test par interféro- métrie holographique en vue de déterminer le diagramme des vi- tesses de convection naturelle due au sel; les membranes choi- sies sont celles qui correspondent, dans le procédé de frac- tionnement, à des résultantes de vitesses de convection, telles que les temps de mise en régime soient réduits et le fraction- nement élevé. Les expérimentations ont en effet permis de mettre én évidence que le phénomène de convection résultant est généré dans le procédé de l'invention par trois causes, d'une part une convection induite par l'admission en continu de la solution initiale et les prélèvements en continu des fractions liquides, d'autre part, une convection naturelle due aux dif- férences de concentration des ions au voisinage des membranes, enfin une convection naturelle due à la migration des substan- ces. Les inventeurs ont pu observer que la nature des membranes semiperméables influait sur la deuxième cause ci-dessus évoquée. Les tests pratiqués avec des solutions uni- quement salines exemptes de substances permettent d'apprécier la convection naturelle due aux ions en fonction du type de membrane et de choisir une membrane appropriée. D'après les observations des inventeurs, le temps de mise en régime (durée séparant l'instant de début de mise en oeuvre du procédé et l'instant o les concentrations des fractions liquides séparées se stabilisent) semble d'au- tant plus court que la convection résultant des trois causes précitées est grande; par contre, le taux de fractionnement décroît si la convection résultante devient trop élevée. La membrane est donc, dans chaque cas, choi- sie pour réaliser un compromis entre ce temps de mise en régi- me et le taux de fractionnement, ce compromis étant fonction des exigences de l'application. Par exemple, dans le cas du fractionnement d'un plasma sanguin d'un malade par une circu- lation extracorporelle, il convient d'abaisser le temps de mi- se en régime, fut-ce au détriment du taux de fractionnement: on choisit dans ce cas une membrane donnant une convection due aux ions, qui présente une vitesse élevée et aille dans le mê- me sens que la convection due aux substances. Par ailleurs, il a pu être mis en évidence que la convection induite par l'admission et les prélèvements est généralement faible par rapport aux deux autres convections dans les conditions habituelles de débits d'alimentation et de prélèvement; toutefois, cette convection induite est une cause essentielle des remélanges qui s'opèrent dans les procédés clas- siques. Selon un mode de mise en oeuvre préférentiel du procédé de l'invention limitant les remélanges, on sépare, dans chaque chambre de fractionnement, le flux ascendant et le flux descendant au voisinage des zones de prélèvement, en dis- posant entre les deux membranes au niveau de chacune de ces zo- nes de prélèvement un élément de séparation s'étendant depuis ladite zone de prélèvement vers une zone intermédiaire de la chambre o la vitesse de convection est minimale. Bien entendu, comme cela est connu en soi, les zones de prélèvement sont choisies pour recueillir les fractions liquides dans les ré- gions o les concentrations relatives en un groupe de substan- ces ou en un autre sont les plus élevées. En particulier, une fraction liquide peut être soutirée en partie haute dans une zone de prélèvement si- tuée au voisinage d'une membrane avec un élément de séparation disposé entre les membranes,qui délimite cette zone de prélè- vement, cependant que l'autre fraction liquide est soutirée en partie basse de chaque chambre de fractionnement au voisinage de l'autre membrane avec un élément de séparation disposé entre les membranes, qui délimite la zone de prélèvement de ladite fraction. Ainsi, les phénomènes de convection induits par ces prélèvements sont amenés à approximativement se super- poser avec les phénomènes de convection naturelle de sorte qu'on limite les remélanges de fractions séparées. L'invention s'applique notamment pour frac- tionner une solution initiale constituée par un plasma ou un sérum sanguin en vue d'obtenir deux fractions liquides, l'une riche en albumine, l'autre en - globulines. Dans cette appli- cation, on utilise avantageusement une solution auxiliaire adaptée pour ajuster le pH de la solution initiale dans cha- que chambre de fractionnement à une valeur comprise entre 6 et 7, voisine du point isoélectrique des t- globulines. Dans ces conditions, les Y-globulines ont une mobilité électrophorétique faible ou nulle, cependant que l'albumine possède une mobilité élevée, ce qui permet un frac- tionnement extrêmement efficace. Dans cette application, on a pu constater qu'une solution auxiliaire contenant des ions phosphates, pré- sentant une concentration en sel de phosphates approximative- ment comprise entre 10-3 et 1 mole par litre donne de bons résultats. De plus, une membrane semi-perméable en "Cellopha- ne" qui favorise le passage des cations conduit à des temps de mise en régime courts, tout en permettant un taux de fraction- nement élevé; au surplus, ces membranes présentent l'avantage d'être extrêmement bon marché. L'invention s'étend à un dispositif de mise en oeuvre du procédé décrit précédemment. Ce dispositif est du type comprenant au moins deux membranes semi-perméables déli- mitant au moins une chambre de fractionnement et, de part et d'autre, des électrodes pour générer un champ électrique; se- lon la présente invention, ledit dispositif comprend, entre chaque électrode et la chambre de fractionnement extrême cor- respondante, un compartiment de garde associé à des moyens d'alimentation en une solution auxiliaire et à des moyens d'évacuation de celle-ci. De préférence, le dispositif comprend en outre deux compartiments d'électrode contenant une solution ionique, dans lesquels sont situées les deux électrodes; chaque compartiment d'électrode est délimité par l'électrode considérée et par une membrane semi-perméable séparant ce com- 2 2493.7?5 partiment d'électrode et le compartiment de garde voisin. Cette disposition évite que les produits de réaction électrolytique viennent se mélanger avec la solution initiale; il suffit d'engendrer une circulation rapide dans les compartiments d'électrode,-afin d'éliminer ces produits parasites au fur et à mesure de leur formation. Selon un mode de réalisation préféré du dis- positif conforme à l'invention, chaque chambre de fractionne- ment est délimitée sur sa périphérie par un cadre, contre les faces opposées duquel viennent en appui les membranes; ledit cadre -est adapté pour former, d'une part le long d'un de ses côtés, un canai d'admission de la solution initiale situé au voisinage d'une membrane et un canal de soutirage d'une frac- tion liquide situé au voisinage de l'autre membrane, d'autre part, le. long du côté opposé, un canal de soutirage d'une autre fraction liquide, situé au voisinage de la première membrane ledit cadre porte des éléments de séparation situés, d'une part, le long du premier côté précité, pour séparer le canal d'admis- sion et le canal de soutirage, d'autre part, le long du côté opposé, pour délimiter le canal de soutirage au voisinage de la première membrane. Pour accroître le débit de solution initiale traitée, le dispositif est de préférence formé par une plurali- té de membranes et de cadres appliqués étanchement les uns contre les autres pour former plusieurs chambres de fractionne- ment, les canaux d'admission et canaux de soutirage des diver- ses chambres étant respectivement reliés entre eux en parallè- les par des lumières pratiquées dans lesdits cadres et membra- nes. L'invention ayant été exposée dans sa forme générale, d'autres caractéristiques, buts et avantages, se dé- gageront de la description qui suit, laquelle fournit, en ré- férence aux dessins annexés, d'une part, un mode de réalisa- tion préférentiel du dispositif de l'invention, d'autre part, des exemples de mise en oeuvre du procédé à l'aide dudit dis- positif; sur ces dessins qui font partie intégrante de la description: la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif conforme à l'invention, la figure 2 en est une vue partielle en coupe par un plan vertical A, la figure 3 est une vue schématique en perspective des éléments constitutifs qui délimitent une cham- bre de fractionnement, dans laquelle ces éléments constitutifs sont dessinés écartés les uns des autres pour faciliter la com- préhension, la figure 4 est une coupe, à échelle très dilatée, de cette chambre en état de fonctionnementpar un plan vertical BB, avec schématisation symbolique du diagramme des vitesses de convection, la figure 5 est une coupe de ladite chambre par un plan horizontal CC, 15. la figure 6 est une vue en perspective d'un cadre utilisé pour former un compartiment de garde, la figure 7 est un schéma éclaté, montrant les circulations de liquide dans le dispositif, les figures 8 à 13 donnent des spectres d'a- nalyse illustrant les résultats obtenus dans les exemples de mise en oeuvre.; Le dispositif représenté à titre d'exemple aux figures 1 à 7 comprend plusieurs chambres de fractionnement C1, C2' C3- accolées, appelées à contenir la solution initiale à fractionner, deux compartiments de garde G1, G2 disposés de part et d'autre des deux chambres extrêmes et appelés à conte- nir une solution auxiliaire, et deux compartiments d'électrode E1, E2 disposés de part et d'autre des compartiments de garde et appelés à contenir une solution ionique. Chaque chambre de fractionnement C1, C2,C3 3 est délimitée sur deux grandes faces par deux membranes telles que 1 et 2 (Fig. 2, 3, 4, 5) qui sont communes aux deux cham- bres voisines et permettent de la séparer de celleS-ci. En ou- tre, chaque chambre est délimitée sur son pourtour par un ca- dre 3 contre lequel les membranes 1 et 2 sont appliquées étan- chément. Ces cadres seront décrits en détail plus loin. De façon analogue, chaque compartiment de garde G1 ou G2 est séparé, d'une part, de la chambre de frac- tionnement voisine par une membrane semi-perméable 4 identi- que à celles qui séparent les chambres, d'autre part du com- partiment d'électrode voisin par une membrane semi-perméable identique; en outre, chaque compartiment de garde est déli- mité sur son pourtour par un cadre 6 contre lequel les membra- nes 4 et 5 sont appliquées étanchément; ces cadres seront décrits en détail plus loin. Chaque compartiment d'électrode E1 ou E2 est délimité sur ses grandes faces par la membrane 5 qui le sépare du compartiment de garde et par un panneau latéral 7 comportant sur une face interne un revêtement conducteur 8, formant l'élec- trode et connecté à une source électrique. Sur son pourtour, chaque compartiment d'électrode est délimité par un cadre 9 similaire au cadre 6 du compartiment de garde (à l'exception de lumières d'alimentation ou de prélèvement dont il est exempt). En l'exemple, les membranes, cadres et pan- neaux latéraux sont de forme rectangulaire et forment un empi- lement guidé par des tiges telles que 10 et maintenu en pres- sion par des plaques 11 et 12. L'une des plaques 12 est fixée à un support 13, cependant que l'autre 11 est mobile et est associée à un organe de serrage manuel classique 14 qui permet d'appliquer une pression entre les plaques pour assurer le maintien et l'étanchéité de l'empilage. Comme le représentent les figures 3, 4 et 5, le cadre 3 de chaque chambre de fractionnement C1, C2...est for- mé de deux panneaux identiques 15, 16 accolés étanchément l'un contre l'autre par une de leur face 15a, 16b; les membranes semi-perméables 1 et 2 qui séparent la chambre considérée des deux chambres voisines, viennent en pression contre les autres faces desdits panneaux 15b, 16a. Chacun de ces panneaux pré- * sente une épaisseur égale à celle de la moitié du cadre (et donc égale à la moitié de l'épaisseur de la chambre). Ces panneaux peuvent être réalisés en tout matériau diélectrique, neutre vis-à-vis dessolutions initiales à traiter, par exemple *en polyméthacrylate de méthyle. Chaque panneau 15 ou 16 comprend sur une face 15a ou 16a un évidement 17 ou 18 s'étendant le long d'un côté de celui-ci (par exemple côté supérieur à la figure 3); il comprend sur la face opposée 15b ou 16b un évidement iden- tique 19 ou 20 s'étendant le long du côté opposé (c8té infé- rieur). Un de ces évidements (par exemple 17) est appelé à jouer le rôle de canal d'admission de la solution initiale vers la zone active de la chambre, deux autres évide- ments, par exemple 18 et 19, étant appelés à jouer le rôle de canaux de soutirage (un évidement (20) est en l'exemple inu- tilisé). En outre, les panneaux 15 et 16 formant cha- que cadre sont chacun percés de quatre lumières en correspon- dance telles que 21. L'évidement supérieur de chaque panneau (17 ou 18) se prolonge jusqu'à l'une de ces lumières 21 sans communication avec l'autre lumière, cependant que l'évidement inférieur (19 ou 20) se prolonge jusqu'à la lumière située à l'opposé sans communication avec l'autre lumière. Ces lumières permettront d'alimenter en pa- rallèle, en solution initiale, les canaux d'admission des di- verses chambres (formés par les évidements 17) et de prélever les fractions liquides à partir des canaux de soutirage de celles-ci (formés par les évidements 18 et 19). Pour permettre cette alimentation ou ce soutirage, chaque membrane semi-per- méable est également percée de quatre lumières telles que 22 en correspondance avec les lumières 21. De plus, chacun des deux panneaux 15 ou 16 formant un cadre 3 de chambre de fractionnement est pourvu d'éléments pleins de répartition parallèles, tels que 23, qui s'étendent verticalement d'un côté à l'autre du cadre iusqu' aux évidements de celui-ci; ces éléments de répartition 23 divisent ainsi le volume situé entre ces évidements en une pluralité de volumes longiformes, qui constituent les zones actives de la chambre. Ils permettent de diviser le flux de solution initiale en une pluralité de filets parallèles qui s'étendent entre les deux membranes 1 et 2 de la chambre con- sidérée; l'admission de la solution initiale vers lesdits filets de même que le soutirage des fractions liquides à par- tir de ceux-ci s'effectuent en parallèles par les canaux for- més par les évidements haut et bas. Ces dispositions présentent l'avantage de limiter les zones mortes dans la chambre, en canalisant l'é- coulement dans des volumes relativement étroits, ce qui accro!t l'efficacité du fractionnement. De plus, les membranes semi- perméables viennent en appui contre les éléments plein de ré- partition 23 et sont parfaitement maintenues sans risque de déformation sensible. Comme on peut l'apercevoir clairement à la figure 4 qui est une coupe transversale d'une chambre au ni- veau d'un des filets (coupe par un plan vertical BB perpendi- culaire au cadre), les panneaux 15 et 16 qui constituent cha- que cadre, forment des éléments de séparation 15c et 16c au niveau de chaque filet liquide, le long des deux côtés du cadre. Un élement de séparation 16c sépare le canal d'admission supérieur formé par l'évidement 17 du canal de sou- tirage supérieur formé par l'évidement 19, cependant que l'au- tre élément de séparation 15c délimite le canal de soutirage inférieur formé par l'évidement 18. En l'exemple, ces éléments de séparation 15c, 16c sont en forme de biseau comme le montre la figure 4 et sont dirigés depuis les zones de prélèvement 18 et 19 vers une zone intermédiaire Zi de la chambre o la vitesse de convection est minimale. (On a représenté symboliquement à la figure 4 le dia- gramme des vitesses de convection à l'intérieur d'un filet li- quide). Il est à noter en outre qu'un élément de dif- fusion divergent 15d, de structure identique aux éléments de séparation 15c ou 16cest formé par le panneau 15 pour réali- ser une entrée divergente de la solution initiale. Les panneaux et 16 étant identiques, le panneau 16 porte un élênent sini- laire 16d en bordure de son évidement 20, 'qui n'a aucun raie dans l'exemple décrit puisque aucun soutirage n'est réalisé à travers cet évidement 20). Les dispositions ci-dessus décrites permet- tent de réaliser un cadre 3 très bon marché, à partir de deux panneaux identiques (qui sont simplement accolés l'un sur l'autre après renversement et retournement à partir de leur po- sition de superposition) et confèrent à chaque chanbre C1, C2- un taux de fractionnement maximuz (toute chose étant é6ge par ailleurs) provenant desreélanges réduits entre fractions sépa- rées et solution initiale. de ''absence de déformations ces membranes semi-perméables et de la limitation des zone$ -zrtes. an tPar ailleurs. la figure E prese--= un -sare 24 qui délimite chaque compartiment de garde G et G2 Ce cadre comprend des éléments pleins de répartitions 25 s'étendant ver- ticalement d'un côté à l'autre de celui-ci au droit des élé- ments de répartition 23 des cadres 3 des chambres de fraction- nement; ces éléments définissent ainsi des volumes longifor- mes en regard des volumes actifs des chambres. Le cadre 24 est en outre percé de moyens d'a- limentation 27 pour alimenter en parallèles ces volumes lon- giformes en solution auxiliaire et de- moyens d'évacuation 26 pour évacuer en parallèles la solution auxiliaire après circu- lation dans lesdits volumes. En outre, il est percé de deux lumières cou- dées telles que 28; pour le cadre d'un des compartiments de garde (G1), une de ces lumières correspond et communique avec les lumières d'alimentation (21, 22) en solution initiale des cadres et membranes des chambres de fractionnement, en vue de permettre l'alimentation des canaux d'admission desdites cham- bres, cependant que l'autre lumière coudée 28 correspond et communique avec les lumières de prélèvement en vue de recueil- lir une fraction liquide; pour le cadre de l'autre comparti- ment de garde (G2) (cadre disposé en position retournée par rapport au premier), l'une de ces lumières correspond et com- munique avec les lumières de prélèvement de l'autre fraction liquide. Le cadre disposé dans chaque compartiment d'électrode E1, E2 est similaire au cadre 24 ci-dessus décrit à l'exception des lumières 28 qui n'y sont pas prévues. Il per- met de faire circuler une solution ionique éliminant les pro- duits formés au contact des électrodes et de cantonner le champ électrique généré aux seules zones actives des chambres de frac- tionnement et compartiments de garde (situées entre leurs élé- ments de répartition). La figure 7 schématise la circulation des divers liquides (une seule chambre de fractionnement étant représentée); on y retrouve les trajets de circulation: de la solution initiale (en traitscontinus), des deux fractions liquides séparées (en traits discontinus), 40. des solutions auxiliaires dans les deux compartiments de garde (en pointillés épais), des solutions ioniques dans les deux com- partiments d'électrodes (en pointillés fins). Les exemples qui suivent ont été mis en oeuvre dans un dispositif du type ci-dessus décrit, avec les paramètres suivants: nombre de chambre de fractionnement: 5 nombre de filets liquides entre éléments de répartition dans chaque chambre: 11, surface active de chaque membrane: 60 cm2, épaisseur d'une chambre: 3 mm, solution ionique dans les compartiments d'électrode: même nature que la solution auxiliaire avec une concentration sa- line double. EXEMPLE 1 - Fractionnement d'un sérum sanguin bovin pour obte- nir une fraction liquide riche en albumine et en d. globulines Cette fraction liquide a été obtenue par deux fractionnements successifs réalisés en deux étapes dans le dis- positif. Etape 1 La solution auxiliaire circulant dans les compartiments de garde est un mélange de Na2H P04 - KH 2P04 à une concentration saline CT = 0,10 M et à un pH = 6,00. La solution initiale d'alimentation des chambres de fragmentation est du sérum bovin pur de pH compris entre 7,5 et B et de composition: Concentration protéique totale C ototal 75,00 g/l Albumine 29 % CoA = 21, 75 g/l (concentration initiale - en albumine) "-globulines 13 % Coc = 9, 75 g/l P-globulines 13 % C P = 9,75 g/l Y-globulines 45 % Cor = 33,75 g/1 Les conditions opératoires sont les sui- vantes: - d - dH = 95 cm3/h = 75 cm3/h - d = 20 cm3/h B - AVm = 5,50 V - I: 0,98A (débit d'alimentation en solution initiale), (débit de soutirage en partie haute des cham- bres de fractionnement), (débit de soutirage en partie basse), (différence de potentiel entre les deux mem- branes extrêmes des chambres de fractionne- ment extrême) / (intensité du courant traversant les cham- bres). Les résultats de cette étape sont résumés dans le tableau I ciaprès (Q/Q représente le rapport de la Qo quantité de substance récupérée dans la fraction considérée à la quantité présente dans la solution initiale). On constate que la solution provenant du bas de la cellule contient 49 % d'albumine et 20 % d' "-globulines. L'énergie consommée pour traiter un litre de solution initiale est égale à 57 Watt-heure. TABLEAU I R ie 'BAS H A U T Fraction \ Compo- Concen- Q Compo- Concen- Q sition tration Qo sition tration Qo % g/ % % g/l % Albumine 49 98,16 95 5 2,16 8 "-globulines 20 40,06 86 7 3,03 24 (Lglobulines 9 18,02 39 15 6,49 53 Yglobulines 23 46,07 29.. 73 31,57 74 TOTAL 100 202,31 100 43,25 W = 57 Wn/l 2 93 75 Etape 2 La seconde étape consiste en un fractionne- ment de la fraction liquide recueillie au bas des chambres au cours de l'étape 1. Cette fraction de concentration élevée (202,31 g/l), est diluée 7 fois avant traitement. Conditions opératoires - solution auxiliaire circulant dans les compartiments de gar- de: N Na2HP0O4 - KH2P0O4 CT = 0,10 M pH = 6,00 - solution d'alimentation des chambres de fractionnement: fraction bas de l'étape 1 (diluée 7 fois dans une solu- tion de Na2HP04 - KH2P04 (CT = 0,10 M pH = 6,00) de composition C o total 28,90 g/1 Albumine 49 % C 14,02 g/l oA "-globulines 20 % Coc = 5,72 g/l Jglobulines 9 % C = 2,57 g/1 Y-globulines 23 % Coy = 6,58 g/1 - d = 95 cm3/h - d = 70 cm3/h H - - d = 25 cm3/h B - aVm = 6,13 V m - I = 1,09 A L'examen du tableau I Bis ci-dessous qui résume les résultats obtenus montre que l'on obtient des fractions riches en albu- mine (62 %) et 0-globulines (23 %). Sur l'ensemble des deux étapes, 70 % de l'albumine et 58 % des O -giobulines présen- tes dans la solution initiale sont récupérés dans les frac- tions bas. TABLEAU I BIS \ Sortie Fraction B A S H A U T Compo- Concen- Q/ Compo- Concen- Q sition tration Qo sition tration Qo % g/l % % g/l % Albumine 62 49,61 74 30 4,51 25 "-globulines 23 18,40 68 12 1,76 24 [-globulines 10 8,00 66 9 1,32 41 Y-globulines 5 4,00 13 49 7,39 89 TOTAL 100 80,01 100 14,98 W = 70 Wh/l EXEMPLE 2 - Préparation de Y-globulines bovines Conditions opératoires - solution auxiliaire circulant dans les compartiments de gar- de: Na2HPO4 - K2PO4 pH = 6,00 CT = 0,10 M - solution initiale d'alimentation des chambres de fraction- nement: sérum bovin purde composition: CO total 73,20 g/l Co total: Albumine 25 % C = 18,30 g/1 CoA -globulines 20 % C = 14,64 g/l (3globulines 19 % oC = 13,91 g/1 Y-globulines 36 % Co 26,35 g/l Activité biologique antitétanique T: 400 - I = 1,56 A Le tableau II indique que la fraction du haut des chambres ne renferme que des 3 et Y-globulines. Si pour les)-globulines la concentration dans cette fraction (31,10 g/l) est sensiblement identique à celle du sérum initial d'a- limentation (26,35 g/l), pour les ( -globulines, la concentra- tion dans la fraction du haut (2,70 g/l) est bien plus faible que dans le sérum initial d'alimentation (13,91 g/l). Les -globulines migrent donc vers l'anode, cette migration pou- vant au moins partiellement justifier la perte d'activité bio- logique de l'échantillon du haut (200 solution initiale, les Y-globulines semblant ainsi migrer lé- gèrement vers la cathode. Les figures' 8 et 9 présentent pour cet exem- ple les spectres de concentration obtenus par analyse sur acé- tate de cellulose (IST) respectivement pour la solution ini- tiale (Fig. 8) et pour la fraction liquide prélevée en partie haute (Fig. 9). On observe la forte prédominance des Y-globu- lines, une faible concentration en /-globulines et des traces d'albumine (A) (peu facile$à distinguer sur ce spectre). TABLEAU II oSrtie BAS H A U T Fraction Compo- Concen- Q Compo- Concen- Q sition tration Qo sition tration Qo % g/l % % g/l % J, Albumine 34 37,01 101 O 0 0 "-globulines 25 28,14 96 O 0 O p-globulines 22 24,05 86 8 2,70 10 Y-globulines 19 21,13 40 92 31,10 59 TOTAL 100 110,33 100 33,80 W = 155 Wh/1l Activité biologique "Haut" antitétanique200 - solution auxiliaire circulant dans les compartiments de gar- de et solution initiale d'alimentation des chambres de frac- tionnement: identiques à celles de l'exemple 1. - d = 95 cm3/h - dH = 75 cm3/h H3 - d = 20 cm3/h B - AV 4,50 V m - I 0,89 A Résultats et commentaires Le tableau III qui résume les résultats obtenus, montre que la fraction obtenue à la sortie "Haut" des chambres est très ri- che en P-globulines (35 %) et Y-globulines (44 %). L'acti- vité biologique de -cette fraction (300 rait être du à la concentration relativement élevée desfi-glo- bulines présentes dans la fraction du haut (13,83 g/l contre 13, 91 g/l dans la- solution initiale). On récupère respective- ment 78 % et 52 % des /-globulines et Y-globulines de la so- lution initiale d'alimentation. La figure 10 présente le spectre de concentra- tion de la fraction haut, obtenu par analyse sur acétate de cellulose et illustre la forte concentration en Y-globulines et /3-globulines, avec une trace d'albumine. TABLEAU III Sortie Fract oB A S H A U T Fraction BSH U Compo- Concen- Q Compo- ConcenQ sition tration Qo sition tration Qo % g/l % % g/l % Albumine 38 71,15 81 7 2,77 12 "-globulines 26 48,68 70 14 5,53 30 P-globulines 9 16,85 26 35 13,83 78 Y-globulines 27 50,05 40 44 17,38 52 TOTAL 100 187,23 100 39,50 W = 42 Wh/l Activité biologique "Haut" Antitétanique 300 CT = 0,10 M pH = 6,00 - solution initiale d'alimentation ment: sérum équin pur de composition: C total 58,60 g/l o total Albumine 41 % CoA = "-globuline 7 % C O = 13Y-globulines 52 % C,= Activités des antitoxines,p ú des chambres de fractionne- 24,03 g/1 4,10 g/l ,47 g/il septique et oedémations: ú p septique oedémations 300 U.I./ml 300 - d = 60 cm /h - dH = dB = 30 cm3/h - d = 136 cm3/h - dH = d = 68 cm3/h H B - bV = 9,12 V m - I = 1,60 A l ) pour l'exemple 4 pour l'exemple 5 dans les deux exemples Résultats et commentaires Dans les tableaux IV (Exemple 4) et V (exemple 5) qui résument les résultats obtenus, on remarque pour les deux débits étu- diés, que la fraction liquide s'écoulant du haut des chambres ne contient que des i4y-globulines. Cependant, le débit d'ali- mentation le plus élevé (136 cm3/h) permet d'obtenir une frac- tion liquide plus concentrée (34,59 g/l) que le débit inférieur (60 cm3/h) , pour lequel la concentration est plus faible (21,92 g/l). La concentration en 13Y-globulines de la fraction du haut de l'exemple 5 conduit à des titres d'activité biologique re- lativement élevés, et souvent proches du sérum initial d'ali- mentation. La figure 11 présente pour ces exemples, le spectre U.I./ml U. I./ml U.I./ml U.I./ml de concentration de la solution initiale, obtenu par analyse sur acétate de cellulose; la figure 12 présente le spectre de concentration de la fraction liquide haut obtenue dans l'exemple 4 et la figure 13 le spectre de concentration de la fraction liquide haut obtenu dans l'exemple 5. Une faible tra- ce d'albumine est observée pour les deux échantillons analysés. On note d'autre part une forte concentration en (-globulines pour la fraction haute de l'exemple 5, concentration qui doit certainement être mise en relation avec l'activité biologique élevée de cette fraction. TABLEAU IV d = 60 cm3/h Sortie A S H A U T Fraction Compo- Concen- Q Compo- Concen- Q sition tration Qo sition tration Qo % g/l % % g/l % Albumine 50 47,50 98 O O 0 d-globulines 10 9,00 110 0 O O tY-globulines 40 37,20 61 100 21, 92 36 TOTAL 100 93,70 100 21,92 W = 243 Wh/l Activité biologique "haut" î 150 à 200 p 150 ú 4 Sept 5 TABLEAU V rtie B A S H A U T Fraction Compo- Concen- Q Compo- Concen- Q sition tration Qo sition tration Qo % ' g/l % % g/1 % Albumine 57 48,20 100 O O O " -globulines 1il 9,00 109 O O O Pl-globulines 32 27,23 45 100 34,59 57 W = 107 Wh/l Activité biologique "haut" T 300 54T Sept 5 Oea 20 2 493725 REVENDICATIONS 1/ - Procédé de fractionnement d'une solu- tion comprenant au moins deux groupes de substances dissoutes dans un liquide en vue d'obtenir au moins deux fractions li- quides contenant, l'une le premier groupe de substances avec une richesse relative supérieure à celle de la solution ini- tiale, l'autre le deuxième groupe avec une richesse relative supérieure à celle de ladite solution, ce procédé de fraction- nement étant du type dans lequel on délivre la solution initia- le dans au moins une chambre de fractionnement (C1,...) délimi- tée sur deux grandes faces opposées par deux membranes semi- perméables (1, 2), on applique un champ électrique dans ladite chambre de façon à engendrer une migration des groupes de sub- stances dépendant de leur caractéristiques électriques et phy- siques, provoquant par l'effet des gradients de concentration une convection naturelle avec la création de flux liquides ascendant et descendant, et on assure des soutirages de liquide en au moins deux zones de prélèvement différentes de la chambre (18, 19) en vue de recueillir les fractions liquides sus-évo- quées, ledit procédé étant caractérisé en ce que l'on utilise le champ électrique pour réaliser à travers au moins une des membranes semiperméables, un échange ionique à vitesse élevée entre la solution initiale contenue dans la ou les chambres de fractionnement et une solution auxiliaire disposée de l'autre côté de ladite membrane et contenant des ions de nature appro- priée pour passer à travers ladite membrane et accentuer les différences de migrations des substances de la solution ini- tiale. 2/ - Procédé de fractionnement selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que la solution initiale est admise dans une série de chambres de fractionnement (C1, C2, C3...) accolées, séparées les unes des autres par les membra- nes semi-perméables (1, 2...), la solution auxiliaire étant disposée de part et d'autre des deux chambres extrêmes dans deux compartiments de garde (G1, G2), séparés chacun par une membrane semi-,erméable (4) de la chambre de fractionnement extreme voisine, les échanges ioniques s'effectuant à vitesse élevée szus l'effet du champ électrique, à partir desditsccm- parti-ents de garde, de proche en proche dans les diverses C cha rs _Je fracticnnement. 3/ - Procédé de fractionnement selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on engendre une circulation de la solution auxiliaire à l'arrière de la ou des membranes semi-perméables correspondantes (4), de façon à renouveler ladite solution en continu en vue de préserver une concentration ionique sensiblement constante à ladite so- lution. 4/ - Procédé de fractionnement selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la concen- tration et la nature des ions de la solution auxiliaire sont choisies de façon à réaliser des échanges ioniques permettant d'ajuster la concentration saline et le pH des solutions con- tenues dans chaque chambre de fractionnement à une valeur cor- respondant approximativement au point isoélectrique d'un grou- pe de substance. / - Procédé de fractionnement selon la re- vendication 3, caractérisé en ce que la température de la so- lution auxiliaire est ajustée afin d'assurer une régulation thermique des chambres de fractionnement en vue de maintenir la solution initiale à une température compatible avec la conservation de cette solution et des fractions liquides. 6/ - Procédé de fractionnement selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que l'on utilise des membranes semi-perméables (1, 2, 4) partiellement sélectives en vue de favoriser le passage d'ions déterminés, le choix des membranes utilisées étant effectué au terme de tests préalables, pratiqués avec des membranes de sélectivités différentes et une solution initiale saline exempte de groupes de substances, les profils de concentrations salines étant visualisés dans chaque test par interférométrie hologra- phique en vue de déterminer le diagramme des vitesses de con- vection naturelle due au sel, les membranes choisies étant celles qui correspondent, dans le procédé de fractionnement, à des résultantes de vitesses de convection, telles que les temps de mise en régime soient réduits et le fractionnement élevé. 71 - Procédé de fractionnement selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que l'on sépare, dans chaque chambre de fractionnement (C1, C2, C3...), le flux ascendant et le flux descendant au voisinage des zones de prélèvement (18, 19), en disposant entre les deux membranes (1, 2) au niveau de chacune de ces zones de prélève- ment un élément de séparation (15c, 16c) s'étendant depuis la- dite zone de prélèvement (18, 19) vers une zone intermédiaire de la chambre (Zi) o la vitesse de convection est minimale. 8/ - Procédé de fractionnement selon la re- vendication 7, caractérisé en ce qu'une fraction liquide est soutirée en partie haute dans une zone de prélèvement (19) si- tuée au voisinage d'une membrane (2) avec un élément de sépa- ration (16c) disposé entre les membranes, qui délimite cette zone de prélèvement, cependant que l'autre fraction liquide est soutirée en partie basse de chaque chambre de fractionne- ment au voisinage de l'autre membrane (1) avec un élément de séparation (15c) disposé entre les membranes, qui délimite la zone de prélèvement (18) de ladite fraction. 9/ - Procédé de fractionnement selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que l'on amène la solution initiale à circuler dans chaque chambre de frac- tionnement en une pluralité de filets parallèles entre eux qui s'étendent parallèlement aux plans des membranes dans des directions verticales ou très approximativement verticales, l'admission de la solution initiale vers lesdits filets de même que le soutirage des fractions liquides à partir de ceux- ci étant réalisés en parallèles par des canaux haut et bas (17, 18, 19). / - Procédé selon l'une des revendications précédentes pour le fractionnement d'une solution initiale constituée par un plasma ou un sérum sanguin en vue d'obtenir deux fractions liquides, l'une riche en albumine, l'autre en Y-globulines, caractérisé en ce que l'on utilise une solu- tions auxiliaire adaptée pour ajuster le pH de la solution ini- tiale dans chaque chambre de fractionnement à une valeur com- prise entre 6 et 7, voisine du point isoélectrique des Y glo- bulines. 11/ - Procédé selon la revendication 10, ca- ractérisé en ce que l'on utilise une solution auxiliaire con- tenant des ions phosphates, présentant une concentration en sel de phosphates approximativement comprise entre 103 et 1 mole par litre. 12/ - Procédé selon l'une des revendications ou 11, caractérisé en ce que l'on utilise des membranes se- mi-perméables (1, 2, 4) en "Cellophane" favorisant le passage des cations. 13/ - Dispositif de fractionnement pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une des revendications précédentes, comprenant au moins deux membranes semi-perméa- bles (1, 2, 4) délimitant au moins une chambre de fractionne- ment (C 1..) et, de part et d'autre, des électrodes (8) pour générer un champ électrique, caractérisé en ce qu'il comprend entre chaque électrode (8) et la chambre de fractionnement extrême correspondante, un compartiment de garde (G1, G2) asso- cié à des moyens d'alimentation (27) en une solution auxiliai- re et à des moyens d'évacuation (26) de celle-ci. 14/ - Dispositif de fractionnement selon la revendication 13, dans lequel chaque électrode (8) est située (El, E) dans un compartiment d'électrodes /onenant une solution io- nique, chaque compartimenet d'électrode étant limité par l'é- lectrode considérée (8) et par une membrane semi-perméable (5) séparant ce compartiment d'électrode et le compartiment de garde voisin (G1, G2). / - Dispositif de fractionnement selon l'une des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce que cha- que chambre de fractionnement (Ci, C2...) est délimitée sur sa périphérie par un cadre (3), contre les faces opposées duquel viennent en appui les membranes (1, 2), ledit cadre étant adapté pour former, d'une part le long d'un de ses c6- tés, un canal (17) d'admission de la solution initiale situé au voisinage d'une membrane (1) et un canal (19) de soutirage d'une fraction liquide situé au voisinage de l'autre membra- ne (2), d'autre part, le long du côté opposé, un canal (18) de soutirage d'une autre fraction liquide, situé au voisinage de la première membrane (1), ledit cadre (3) portant des éléments de séparation (15c, 16c) situés, d'une part, le long du premier côté précité, pour séparer le canal d'admission (17) et le canal de soutirage (19), d'autre part, le long du côté opposé, pour délimiter le canal de soutirage (18) au voisi- >3 nage de la première membrane (1). 2493?25 16/ - Dispositif de fractionnement selon la revendication 15, caractérisé en ce que le cadre (3) précité comprend des éléments pleins de répartition (23) s'étendant d'un côté à l'autre de celui-ci pour diviser le volume situé entre les canaux d'admission (17) et de soutirage (18, 19) en une pluralité de volumes longiformes, les deux membranes semi-perméables (1, 2) venant s'appliquer contre les deux fa- ces de ces éléments de répartition (23) du cadre. 17/ - Dispositif de fractionnement selon l'une des revendications 14, 15 ou 16, caractérisé en ce qu'il est formé par une pluralité de membranes (1, 2,...) et de ca- dres (3) appliqués étanchément les uns contre les autres pour former plusieurs chambres de fractionnement (C1, C2, C3...) les canaux d'admission (17) et canaux de soutirage (18, 19) des diverses chambres étant respectivement reliés entre eux en parallèles par des lumières (21, 22) pratiquées dans les- dits cadres et membranes. 18/ - Dispositif de fractionnement selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque cadre (3) dispo- sé entre deux membranes (1, 2) est formé par deux panneaux identiques (15, 16), accolés étanchement l'un contre l'autre et présentant chacun une épaisseur égale à la moitié de celle du cadre, chaque panneau (15, 16) comprenant, d'une part, sur une facetun évidement (17, 18) s'étendant le long d'un c8té de celui-ci, d'autre part, sur sa face opposée,un évidement identique (19, 20) s'étendant le long du eSté opposé dudit panneau, de façon à former les canaux d'admission et canaux de soutirage avec les éléments de séparation (15c, 16c) précités, lorsque les panneaux (15, 16) sont accolés. 19/ - Dispositif de fractionnement selon l'une des revendications 15, 16, 17 ou 18, caractérisé en ce que cha- que compartiment de garde (G1, G2) est délimité sur sa périphé- rie par un cadre (24) contre les faces opposées duquel viennent en appui, d'une part, la membrane (5) du compartiment d'élec- trode, d'autre part, une membrane (4) de la chambre de frac- tionnement extreme. / - Dispositif de fractionnement selon les revendications 15 et 19 prises ensemble, caractérisé en ce que chaque cadre (2h) délimitant un compartiment de garde (G1, G2) comprend des éléments pleins de répartition (25) s'étendant d'un côté à l'autre de celui-ci au droit des éléments de ré- partition (23) des cadres (3) de la ou des chambres de frac- tionnement (C1i, C2...), en vue de former des volumes longifor- mes situés en regard des volumes correspondant desdites cham- bres, ledit cadre (24) étant percé de moyens d'alimentation (27) pour alimenter en parallèles ces volumes en solution auxiliaire et de moyens d'évacuation (26) pour évacuer en pa- êallèles la solution après circulation dans lesdits volumes.