Brevet FR2496259A1 — publié le 19820618

La présente invention concerne un dispositif de pipetage, notamment pour le mélange d'au moins deux liquides. Les procédés de pipetage de liquides actuellement mis en oeuvre, par exemple dans les laboratoires pharmaceutiques ou chimiques, sont tous basés sur l'utilisation de seringues motorisées dans lesquelles un piston se déplace selon une course préréglée en fonction du volume de liquide que l'on souhaite prélever ou refouler. L'inconvénient majeur que présentent ces seringues résulte de l'impossibilité d'obtenir une étanchéité parfaite entre le piston et la paroi de la seringue. En effet, du liquide s'infiltre très souvent a ce niveau et, après évaporation, il subsiste, sur les parties de la paroi de la seringue exposées à l'air libre, une couche de résidus solides qui, même très fine, fausse les résultats et suffit à provoquer un grippage voire meme un blocage du piston. Pour remédier à ces inconvénients, on est amené à procéder fréquemment à l'échange des seringues et à leur nettoyage, ces deux opérations étant très fastidieuses et souvent compliquées en raison de la médiocre accessibilité des pièces constitutives des seringues. La fiabilité du pipetage s'en trouve alors fortement entachée. La présente invention se propose de remédier à ces inconvénients par la mise en oeuvre d'un procédé de pipetage et de mélange d'au moins deux liquides différents consistant à remplir un embout mobile avec le premier liquide, à prélever dans cet embout un volume prédéterminé, inférieur au volume de l'embout lui-même, de deuxième liquide par succion du premier liquide, et à chasser ce volume de deuxième liquide et un volume prédéterminé du premier liquide par ce même embout, le tout dans un système entièrement clos et dépourvu de pièces mobiles en relation avec l'atmosphère. Grâce à un tel procédé, on est sûr que tout le volume du deuxième liquide est intégralement chassé de l'embout vers le récipient recette utilisé. En effet, c'est le premier liquide qui par pression chasse le second et il entraîne donc obligatoirement aussi bien les traces du deuxième liquide qui auraient pu adhérer à la paroi de l'embout que l'éventuel mélange entre les deux liquides qui pourrait se produire au niveau de leur interface. Le volume du deuxième liquide, présent dans le mélange, est donc mathématiquement égal au volume prélevé. Le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé se caractérise en ce qu'il comprend une première pipette interchangeable ; au moins une seconde pipette interchangeable de plus petit volume ; un système pneumatique pour créer une surpression ou une dépression dans les pipettes ; une tubulure de liaison entre les deux pipettes ; deux électrovannes montées sur cette tubulure et définissant un tronçon qui reçoit un embout mobile présentant un volume supérieur au volume maximum de la seconde pipette ; un tube de prélevement de l'un des liquides muni d'une électrovanne et communiquant avec cette tubulure à 11 extérieur de ce tronçon ; et des moyens de commande des électrovannes et du système pneumatique sensibles à un niveau bas et un niveau haut prédéterminés atteints par le liquide de chaque pipette. On constatera que, dans ce dispositif, les mouvements des liquides sont confinés à l'intérieur d'un circuit entièrement clos et ne comprenant aucun joint mobile faisant étanchéité avec l'atmosphère. Les inconvénients rencontrés avec les seringues connues sont donc éliminés. De préférence, les moyens de commande comprennent, sur chaque pipette. un détecteur photoélectrique de niveau haut et un détecteur semblable bas, l'élément récepteur de lumière de chacun des détecteurs étant relié à un circuit électronique dérivateur lui-même connecté à un circuit de commande programmé des électrovannes. te fonctionnement des électrovannes et du système pneumatique est, grâce à ces dispositions, déclenché par un signal qui est fonction non pas de l'intensité lumineuse du rayon généré par l'émetteur, mais de ses variations. I1 en résulte que la détection de niveau n'est pas faussée par la variation d'épaisseur des pipettes ou par la nature du liquide prélevé. Avantageusement, un diaphragme circulaire de tres faible diamètre est interposé entre l'élément émetteur de lumière de chaque détecteur et la pipette correspondante,et un écran percé d'une fente fine est disposé, symétriquement au diaphragme par rapport à l'axe longitudinal de la pipette, entre cette dernière et le récepteur de lumière. Ainsi la lumière émise arrive au niveau du récepteur sous la forme d'un pinceau extrèmement mince, ce qui confère aux détecteurs une très grande précision. Un mode de réalisation de la présente invention va être décrit ciaprès à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexé dans lequel - la figure I est une vue schématique d'un dispositif de pipetage conforme à l'invention, et - la figure 2 est une vue schématique à plus grande échelle de l'un des détecteurs de niveau utilisé dans le dispositif de la figure 1. Le dispositif de pipetage selon l'invention, que l'on peut voir sous forme schématique sur la figure 1, comprend une première pipette i et une seconde pipette 2 de plus petit volume que la première. Les deux pipettes I et 2 sont constituées, d'une manière connue en soi , d'un corps cylindrique 3 ou 4 en verre transparent, traversé de part en part par un canal fin 5 ou 6 qui est destiné à recevoir le liquide à prélever. Les pipettes sont montées verticales et de manière amovible de façon à pouvoir être facilement remplacées par des pipettes de calibre différent suivant l'utilisation que l'on veut faire du dispositif de pipetage. Comme O11 peut le voir toujours sur la figure 1, les parties supérieures des pipettes 1 et 2 sont reliées à un système pneumatique représenté sous forme schématique par deux pompes 7 et 8 montées en parallèle. Ces deux pompes peuvent être mises alternativement-en fonctionnement pour créer l'une une surpression et l'autre une dépression à l'intérieur des pipettes 1 et 2. Les deux pipettes 1 et 2 sont en outre interconnectées, à leur partie inférieure, par une tubulure de liaison 9 sur laquelle sont montées deux électrovannes 10 et 11. Celles-ci délimitent entre elles un tronçon 9a avec lequel communique, par l'intermédiaire d'un connecteur pivotant non visible sur la figure 1, un embout mobile 12. Cet embout mobile 12 présente un volume intérieur supérieur au volume maximum de liquide que l'on peut prélever dans la seconde pipette 2. Les connexions des pipettes avec les canalisations du systeme pneumatique et la tubulure 9, se font par l'intermédiaire d'organes d'étanchéité non représentés. A l'extérieur de son tronçon 9a, la tubulure de liaison 9 communique avec un tube de prélèvement 13 équipé d'uneFelectrovanne 14. Le fonctionnement des électrovannes 13, 11 et 14 et des pompes 7 et 8 peut êtredéclenché soit manuellement soit par des détecteurs de niveau 15a, 15b, 15c et 15d qui sont montés coulissants sur des colonnes de guidage fixes 16,dressées verticalement de part et d'autre des pipettes. Plus précisément, chaque pipette est associée à un détecteur de niveau haut 15a ou 15c et à un détecteur de niveau bas 15b ou 15d. Le long de chaque pipette, les détecteurs haut et bas sont positionnés de telle façon que le volume intérieur du canal 5 ou 6 de la pipette 1- ou 2 correspondante, délimité par leurs plans de détection, soit égal au volume de liquide que l'on souhaite prélever grâce à chacune de ces pipettes. Le positionnement des détecteurs hauts est modifiable du fait de la présence de moyens non représentés, grâce auxquels il est possible, sur une même pipette, de faire varier le volume de travail dans certaines limites. Les détecteurs de niveau, dont un est représenté à plus grande échelle sur la figure 2, sont de type photoélectrique. Ils se composent chacun d'un émetteur de lumière 17 qui sera de préférence une diode électroluminescente, et d'un récepteur de lumière 18 formé par un phototransistor disposé symétriquement à l'émetteur 17 par rapport à l'axe longitudinal de la pipette correspondante. Le phototransistor transforme l'énergie lumineuse qu'il absorbe en un signal électrique qui est lui-meme dérive au travers d'un circuit electronique dérivateur 19 de type classique. Le signal généré par le circuit 19 pilote, par l'intermédiaire dlun circuit de commande programmé non représenté, les électrovannes.Ce signal de commande est fonction uniquement des variations de l'énergie lumineuse-absorbée par le récepteur 13 et non pas du niveau de celle-ci. Sur la figure 2, on pet voir encore que, sur le trajet du rayon produit par l'émetteur 17 et entre ce dernier et la pipette 1, est disposé un diaphragme circulaire 20 de tres faible diamètre. De l'autre côté de la pipette et devant le récepteur 13, est placé un écran 21 percé d'une fente très fine 22 située sur le trajet du rayon lumineux réfracté par la pipette. Grâce à ces dispositions, le rayon se présente en face du récepteur 13 sous la forme d'un pinceau extrèmement mince, ce qui confère une très grande précision à la détection. Ainsi, la détection ne peut être faussée ni par la variation d'e- paisseur des parois des différentes pipettes utilisées, ni par la nature du liquide prélevé, ni par la forme du ménisque, et ne sera fonction que du niveau du liquide dans les pipettes. Le dispositif de pipetage selon la présente invention peut être utilisé en mode diluteur pour le mélange de deux volumes présélectionnés de liquides differents, de la manière exposée ci-dessous en référence a la figure 1. On positionne tout d'abord les détecteurs 15a et 15b d'une part, et 15 et 15d d'autre part, de telle façon qu'ils délimitent à l'intérieur de la pipette I ou 2 correspondante, un volume V ou v égal au volume de liquide que l'on souhaite prélever grâce à chacune d'elles. Le circuit du dispositif de pipetage étant supposé vide, on plonge l'extremite libre du tube 13 dans uz reservoir 23 contenant un-premier liquide5 à prélever, que l'on appelera par la suite "diluant". On amène par ailleurs l'embout mobile 12 au-dessus de ce récipient 23. On ouvre alors les trois électrovannes 10, 11 et 14 et on met la pompe à dépression 8 en fonctionnement. Du diluant est, par suite, aspiré dans le tube 13, la tubulure 9 et les pipettes l et 2. Dès que la surface libre du diluant dans ces dernières est au niveau des détecteurs hauts 15a et 15c, ceux-ci-provoquent instantanémant.1a fermeture des électrovannes 10, 11 et 14, ce qui arrête simultanément l'aspiration de diluant dans les pipettes. L'électrovanne 10 est ensuite ouverte et la pompe à surpression 7 est mise en fonctionnement. Le diluant contenu dans la pipette 2, l'embout 12 et la tubulure 9 qui les joint, est alors refoulé dans le réservoir 23 à travers l'embout 12 jusqu a ce que sa surface libre atteigne le niveau du dé tecteur bas 15d qui à cet instant provoque la fermeture de l'électrovanne 10. Ensuite, l'électrovanne 11 est ouverte et la même opération est effectuée pour la première pipette 1. La tubulure 9 et l'embout mobile 12 sont alors complétement remplis de diluant et les deux pipettes 1 et 2 le sont jusqu'au niveau de leurs détec teurs bas 15b et 15d. On plonge alors l'embout mobile dans un bac 24 contenant le deuxième liquide à prélever que l'on appelera par la suite "échantillon". La pompe 9 dépression 8 est de nouveau mise en fonctionnement et les électrovannes 10 et 14 sont ouvertes, l'électrovanne 11 restant fermée. Par suite, un certain vo lume de l'échantillon est aspiré dans l'embout 12, volume égal à celui aspiré dans la seconde pipette. Simultanément du diluant est aspiré dans la première pipette. A la fin de ces deux opérations, les détecterus hauts 15a et 15c ferment les électrovannes 10 et 14. Dès cet instant, l'aspiration est arrêtée. On notera que le volume v d'échantillon aspiré par l'embout mobile 12 est en tièrement contenu dans cet embout, puisque son volume est inférieur au volume maximum de la seconde pipette. On place alors embout mobile 12 au-dessus d'un récipient-recette 25, comme représenté en traits interrompus sur la figure 1. La pompe à sur pression 7 est alors mise en fonctionnement et l'électrovanne 10 est ouverte jusqu'à ce que le niveau de diluant dans la petite pipette 2 atteigne le détec teur bas 15d. Un volume de liquide contenu dans l'embout égal à v a ainsi été expulsé dans le récipient-recette 25. On remarquera que du fait que le volume intérieur de l'embout mobile 12 est inférieur au volume maximum du canal 6 de la petite pipette 2, on est assuré que tout le volume v d'échantillon aspiré précédemment par l'embout mobile ne s'est pas répandu dans la tubulure 9 et donc que la totalité de ce volume d'échantillon est alors refoulée dans le récipient-recette 25. Ensuite, l'électrovanne 11 est ouverte. Grâce à la surpression, le liquide présent dans la pipette 1, l'embout 12 et la portion de tubulure re liant ces deux éléments est repoussé et se déverse alors dans le récipient recette 25. Les traces d'échantillon qui seraient restées sur la paroi de l'em- bout mobile ainsi que le mélange éventuel échantillon-diluant présent au niveau de l'interface, qui n'auraient pas été refoulés lors de l'étape précédente, sont ainsi forcément expulsés dans le récipient-recette. Dès que le niveau de diluant dans la grande pipette 1 a atteint le détecteur bas 15b, l'électrovanne 11 est fermée. A ce stade final de l'opération, le récipient-recette 25 renferme un volume V + v de mélange echantillon-diluant. Le dispositif ne contient plus que du diluant et se trouve ainsi prêt pour une nouvelle opération. On observera que, de par leur structure particulière décrite plus haut, les détecteurs de niveau permettent de mesurer les volumes de liquide de manière extrèmement précise et fidèle. il est bien évident que pour parvenir à ce résultant, il faut en outre que les électrovannes 1Os 11 et 14 aient un temps de réponse aux détecterus extrèmement court et passent instantanément d'un état à l'autre. il va de soi que le dispositif de pipetage selon l'invention peut être équipe de plus de deux pipettes en vue d'être utilisé pour le prélèvement d'au moins trois liquides differents. Inversement, le dispositif tel qutil est représenté, permet un pipetage en mode dispenseur, consistant à réaliser alternativement par la pipette 1 l'aspiration du volume V de diluant tiré du réservoir 23 et le refoulement de ce même volume dans le récipient-recette 25. On ajoutera encore que, pour élargir le domaine d'application de ce dispositif, on peut adjoindre à la petite pipette 2 un tube de prelèvement identique au tube 13. Dans le même but, on peut en outre relier un deuxième embout mobile à la tubulure 9 par l'intermédiaire d'un robinet, ce qui permet de faire fonctionner chaque pipette indépendamment et simultanément ou non, selon le mode dispenseur qui vient d'entre décrit. On comprendra aussi que lton peut remplacer les deux pompes 7 et 8 par un système pneumatique unique qui fonctionne tantôt en surpresseur, tan tôt en dépresseur. REVENDICATIONS 1. Dispositif de pipetage, notamment pour le mélange d'au moins deux liquides, caractérisé en ce qu'il comprend - une première pipette interchangeable (1), - au moins une seconde pipette interchangeable (2) de plus petit volume, - un système pneumatique (7, 8) pour créer une surpression ou une dépression dans les pipettes, - une tubulure de liaison (9) entre les deux pipettes, - au moins deux électrovannes (10 ;; 11) montées sur cette tubulure et défi nissant au moins un tronçon (9a) qui reçoit un embout mobile (12) présen tant un volume supérieur au volume maximum de la seconde pipette (2), - au moins un tube de prélèvement (13) de l'un des liquides,muni d'une élec trovanne (14) et communiquant avec cette tubulure (9) à l'extérieur de ce tronçon (9a), et - des moyens de commande (15) des électrovannes et du système pneumatique, sensibles à un niveau bas et un niveau haut prédéterminés atteints par le liquide dans chaque pipette. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent, sur chaque pipette, un détecteur photoélectrique de niveau haut (15a ou 15c) et un détecteur semblable bas (15b ou 15d), l'élément récepteur de lumière (18) de chacun des-détecteurs étant relié à un circuit électronique dérivateur (19) lui-même connecté à un circuit de commande programmé des électrovannes. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un diaphragme circulaire de très faible diamètre (20) est interposé entre l'elé- ment émetteur de lumière (17) de chaque détecteur et la pipette correspondatte, et en-ce qu'un écran'(21) percé d'une fente fine(22) est disposé, symétriquement au diaphragme (20) par rapport à l'axe longitudinal de la pipette, entre cette derniere et le récepteur de lumière (18).