Brevet FR2557815A1 — publié le 19850712

Centrifuqeuse pour traitement de liquides à l'échelle ana- lytique. La présente invention concerne une centrifugeuse destinée au traitement des liquides à l'échelle analytique et constituée par un corps monté à rotation autour de son axe, ce corps comportant des volumes dans lesquels s'effectue la séparation de la charge liquide en ses constituants présentant des densi- tés différentes et des conduits le long desquels la charge liquide peut être introduite dans lesdits volumes et respec- tivement ses constituants peuvent être retirés de ceux-ci. Dans le traitement de petites charges de liquide à l'échelle de laboratoire, il est d'une pratique usuelle d'utiliser une centrifugeuse dans laquelle la charge liquide que l'on désire centrifuger est placée dans un tube à essai. Dans un tel cas le placement de la charge liquide dans le tube à essai et le retrait de ses constituants de celui-ci, après achèvement de la centrifugation, sont principalement effectués manuellement. On connait également dans l'art des installations de centrifugation destinées -à traiter de plus grandes quantités de liquides et dans lesquelles les volumes dans lesquels s'effectue la séparation du liquide en ses constituants, sont munies de conduites par lesquelles le liquide peut-être conduit dans lesdits volumes et ses constituants peuvent en être retirés après achèvement de la centrifugation. Dans de tels appareils par exemple, le sang a été traité pour séparer le plasma recherché du sang des globules rouges et blancs. Simultanément avec l'apparition d'un appareil d'analyse automatique en chimie clinique, la nécessité s'est averée de réaliser une centrifugeuse avec laquelle il serait possible d'effectuer la séparation de petites charges liquides en leurs constituants, de manière automatique, sous un simple contrôle électrique. Les charges liquides à traiter seraient en premier lieu des échantillons sanguins dans lesquels le plasma qui constitue la base des analyses, doit être séparé des globules rouges et blancs qui sont inutiles dans l'analyse. En conséquence, la centrifugeuse doit comporter des volumes dans lesquels le liquide, tel que par exemple du sang, se trouve divisé en ses constituants, un conduit d'entrée le long duquel le liquide peut être conduit dans lesdits volumes sous un contrôle électrique et un conduit d'évacuation par lequel le constituant recherché du liquide tel que le plasma sanguin, est retiré du volume après achèvement de la centri- fugation, sous contrôle électrique, tandis qu'en même temps l'autre constituant, tel que la masse des globules rouges et blancs, reste en place. L'objet de la présente invention est de construire une centri- fugeuse répondant à l'ordre de grandeur de la centrifugation analytique, c'est-à-dire une centrifugeuse qui soit appropriés pour traiter des charges liquides ayant une dimension comprise entre 1 1il et 100 ml, à l'aide de laquelle le but ci-dessus mentionné peut être atteint. Selon une caractéristique de l'invention, le corps constituant la centrifugeuse comporte deux volumes parallèles en forme d'arcs circulaires et placés à des distances différentes de l'axe du corps constituant le centre de courbure, lesquels communiquent l'un avec l'autre par un passage étroit de sorte que, lorsque le corps est entrainé en rotation, le constituant le plus lourd de la charge liquide s'accumule dans le volume qui se trouve à la plus grande distance de l'axe et le composant le plus léger dans le volume le plus pros de l'axe, après quoi un de ces volumes peut être vidé par un conduit tandis qu'en même temps la tension de surface agissant dans le passage entre les volumes maintient en place le liquide se trouvant dans l'autre volume. Il est avantageux de construire la centrifugeuse de la présente invention de manière qu'elle soit constituée par un corps en forme de disque dans lequel les volumes parallèles, dans lesquels s'effectue la séparation du liquide en ses constituants, sont réalisés sous forme d'anneaux concentriques s'étendant autour du corps, dans sa partie périphérique, et interrompus en un point et dans lequel les conduits d'entrée et de sortie pour le liquide et pour ses constituants sont reliés avec le corps selon l'axe central de ce dernier qui constitue le centre desdits anneaux et se prolongent à l'intérieur du corps, radialement, jusqu'aux volumes situés dans la partie périphérique du corps. Lorsqu'un constituant du liquide est retiré de la centrifugeuse après centrifugation, le retrait s'effectue du volume de la centrifugeuse o débouchent les extrémités des conduits d'entrée et de sortie. Lorsque la centrifugeuse est destinée à être utilisée dans le traitement des échantillons sanguins, les extrémités des conduits doivent déboucher dans le volume interne, c'est-à-dire dans le volume qui se trouve le plus près de l'axe du corps constituant la centrifugeuse, volume dans lequel le plasma qui est le constituant le plus léger du sang, s'accumule au cours de la centrifugation. De plus, dans une centrifugeuse pour échantillons sanguins, la propor- tion volumétrique entre le volume interne et le volume externe doit être d'environ 1:2, ce qui correspond à la proportion quantitative du plasma et des globules rouges et blancs dans le sang. Un point essentiel, en ce qui concerne le fonctionnement de la centrifugeuse de l'invention, est la conformation des volumes parallèles conformés en arcs de cercles et du passage entre ceux-ci de manière à permettre de vider un volume du liquide qui s'y trouve, tandis que le liquide dans l'autre volume reste en place. La conformation doit de plus être telle que ce dernier volume puisse aussi être amené à se vider de lui-même lorsque la pression différentielle entre les conduits d'entrée et de sortie associés avec les volumes est suffisamment accrue. Dans le cas o le liquide qui sort est rejeté, le vidage dudit volume peut être associé avec le nettoyage des volumes, faisant suite de la centrifugation, avec un liquide de lavage convenable et avec de l'air comprimé. Il est avantageux de conformer les volumes parallèles de forme en arcs de cercles de la centrifugeuse, de telle manière qu'ils aient une section en forme de coupelle avec, entre eux, une arête, conformée de façon similaire en arc de cercle, au-dessus de laquelle existe un passage reliant les volumes sur sensiblement la totalité de leur longueur. La hauteur de la nervure est de préférence telle que le passage se trouve à un niveau plus élevé que les volumes, ce par quoi on évite tout remélange des constituants après achèvement de la centri- fugation. L'invention est décrite plus en détail ci-après sous forme d'exemples avec référence au dessin ci-annexé dans lequel La figure 1 représente, vue depuis le dessus, une centrifugeuse conforme à l'invention ayant des volumes sensiblement annulaires parallèles dans lesquels s'effectue la séparation du liquide en ses constituants; la figure 2 est une coupe par Il-II de figure 1; la figure 3 est une coupe par III-III de figure 1; la figure 4 représente, à plus grande échelle, les extrémités des volumes parallèles dans la centrifugeuse et des conduits d'entrée et de sortie qui sont connectés à ceux- ci, conformément à un autre mode de réalisation, et la figure 5 représente, à une plus grande échelle, la coupe des volumes parallèles rentrant dans la centrifugeuse conformément à un troisième mode de réalisation de la présente invention. Dans les figures 1 à 3 est représentée une centrifugeuse conforme à la présente invention destinée à traiter des charges liquides à l'échelle analytique, cette centrifugeuse étant constituée par un corps en forme de disque 2 monté à rotation autour de son axe 1 et dont le rayon est de l'ordre de 3,5 cm. Les volumes 3, 4 ménagés dans le corps, dans lesquels s'effec- tue la séparation de la charge liquide en ses constituants ayant des densités différentes, sont constitués par des anneaux concentriques, interrompus en un point 5, qui s'étendent autour du corps dans la partie périphérique de celui-ci et dont l'axe 1 constitue le centre. Les volumes 3, 4 ont une section en forme de coupelle et, entre le volume interne 3 et le volume externe 4, est prévue une nervure annulaire 6 au-dessus de laquelle est maintenu un passage 7 reliant les volumes sur la totalité de leur longueur. La centrifugation est effectuée en faisant tourner le corps 2, ce par quoi le constituant du liquide qui a la densité la plus faible s'accumule dans le volume interne 3 et le constituant qui a la densité la plus élevée dans le volume externe 4. Pour conduire la charge liquide à traiter dans les volumes 3 et 4 et pour retirer ses constituants de ceux-ci après la centrifugation, le corps 2 a été muni de conduites d'entrée et de sortie qui sont reliées au corps axialement sur les côtés opposés de celui-ci. La conduite d'entrée est constituée par une partie tubulaire 8 solidaire au corps 2 et parallèle à l'axe 1 du corps et une partie 9 qui la prolonge, laquelle est réalisée à l'intérieur du corps selon la direction radiale du corps jusqu'aux volumes 3, 4. L'ex- trémité de la conduite d'entrée débouche, comme illustré dans la figure 1, à une extrémité 10 du volume interne 3. De façon similaire, la conduite de sortie comporte une partie tubulaire 11 parallèle à l'axe 1 du corps, et solidaire du corps 2 et se prolonge par une partie 12 qui s'étend radia- lement à l'intérieur du corps jusqu'aux volumes 3, 4. On voit dans la figure 1 que la conduite de sortie est connectée aux volumes 3 et 4 à l'extrémité 13 du volume interne 3 qui est à l'opposé de l'extrémité 10 ci-dessus mentionnée. Les parties tubulaires 8, 11 qui font partie des conduites d'entrée et de sortie sont solidaires du corps 2 et de ce fait tournent en même temps que lui pendant que la centrifu- gation s'effectue, et elles sont raccordées à des parties fixes 14, 15 sur les côtés opposés du corps en engageant les parties l'une dans l'autre au point de raccordement, comme représenté dans la figure 2. Le matériau des parties 8 et 11 qui sont à l'intérieur des raccords est du métal et le matériau des parties stationnaires 14 et 15 qui sont à l'extérieur des raccords, est un fluoropolymère, ce par quoi, en raison du coefficent de dilatation thermique plus élevé du fluoropolymère, les raccords se trouvent dessérés sous l'effet de la chaleur de frottement lorsque le corps 2 est mis en rotation. Pour cette raison, la rotation du corps n'est en aucune manière gênée par les raccords et du fait que la vitesse linéaire relative entre les surfaces en métal et en polymère, en raison du faible diamètre (environ 1 mm) des parties, sera faible en dépit des vitesses de ro- tation-élevées du corps 2 (de l'ordre de 100 t/mn), il ne peut également se produire aucune usure significative par abrasion des parties formant les raccords. Lorsque la rotation 25578 15 du corps 2 est achevée, les raccords sont ressérés automa- tiquement du fait que les parties se refroidissent et il est de ce fait possible d'effectuer à travers ceux-ci les transferts requis des charges liquides et le nettoyage des volumes concentriques 3 et 4. La rotation du corps 2 a, dans la centrifugeuse décrite ci- dessus, été assurée par un entrainement par courroie. Pour la courroie 16, une saillie circulaire 17 a été réalisée sur le corps 2, laquelle comporte une gorge 18 pour la cour- roie. La centrifugeuse qui a été décrite est utilisée en remplissant les volumes 3, 4 dans le corps 2 avec la charge liquide que l'on désire centrifuger, cette charge liquide étant introduite à travers la conduite d'entrée 8, 9. Le corps 2 est ensuite mis en rotation, ce par quoi le constituant le plus lourd du liquide s'accumule sous l'effet de la force centrifuge dans le volume externe 4, respectivement le constituant le plus léger dans le volume interne. Après avoir arrêté le corps 2, le constituant le plus léger est retiré du volume 3 par l'intermédiaire de la conduite de sortie 12, 11 à l'aide d'une pression différentielle disposée pour agir entre les conduites d'entrée et de sortie. Cette pression différentielle est choisie de manière que le constituant le plus lourd qui se trouve dans le volume externe 4 reste en place, durant le retrait du constituant le plus léger, sous l'effet de la tension de surface agissant dans le passage 7 entre les volumes. Le retrait du constituant se trouvant dans le volume externe 4 est ensuite effectué en accroissant la pression différentielle entre les conduites d'entrée et de sortie, d'une manière suffisante pour que la pression surmonte la tension de surface agissant dans le passage 7 et pousse le liquide se trouvant dans le volume externe dans le volume interne et de là dans la conduite de sortie 12. Les volumes concentriques 3, 4 de la centrifugeuse de l'in- vention ont été décrits dans les figures 1 et 3 avec la con- figuration la plus simple possible. Dans les figures 4 et sont représentées une forme des extrémités des volumes 3 et 4, qui diffère de celle des figures 1 et 3, et une forme de la section des volumes dans lesquelles ont s'est efforcé d'éliminer les coins o le liquide peut stagner et qui peuvent gêner le nettoyage et le séchage des volumes. De plus il est essentiel, dans la conformation des volumes 3, 4, comme dans la figure 5, que la crête de l'arête 6 entre les volumes soit de niveau avec les parties les plus élevées des volumes de manière que le passage 7 reliant les volumes, qui se trouve au sommet de la nervure, soit à un niveau plus élevé que les volumes. La proportion volumétrique du volume interne 3 et du volume externe 4 est ici d'environ 1:2, ce qui cor- respond aux proportions quantitatives du plasma sanguin et des globules rouges et blancs dans le sang. Il est évident pour une personne qualifiée que les modes de réalisation de l'invention ne sont pas limités aux exemples décrits ci-dessus et qu'ils peuvent varier sans sortir du cadre des revendications ci-après. Revendications 1. Une centrifugeuse destinée à être utilisée pour le traite- ment de charges liquides à l'échelle analytique est constituée par un corps (2), monté à rotation autour de son axe (1), ce corps comportant des volumes (3, 4) dans lesquels s'effectue la séparation de la charge liquide en ses constituants ayant des densités différentes et des conduits (8, 9, 11, 12) à travers lesquels la charge liquide peut être conduite dans lesdits volumes et ses constituants retirés de ceux-ci, caractérisée en ce que le corps (2) comporte deux volumes parallèles en arcs de cercles (3, 4) disposés à des distances différentes de l'axe (l) du corps constituant le centre de courbure et communiquant l'un avec l'autre par un passage étroit (7) de sorte que, lorsque le corps est en rotation, le constituant le plus lourd s'accumule dans le volume (4) le plus éloigné de l'axe et le constituant le plus léger dans le volume (3) le plus pros de l'axe, après quoi un de ces deux volumes peut être vidé par un conduit (12), tandis que la tension de surface agissant dans le passage entre les volumes maintient le liquide dans l'autre volume en place. 2. Une centrifugeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que les volumes (3, 4) sont conformés pour constituer des anneaux concentriques interrompus en un point (5), l'axe (1) du corps (2) constituant le centre desdits anneaux. 3. Une centrifugeuse selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle est constituée par un corps en forme de disque (2) dans lequel des volumes parallèles con- formés en arcs de cercles (3, 4) sont logés dans la partie périphérique du corps et dans lequel les conduits d'entrée et de sortie (8, 9, 11, 12) pour le liquide et pour ses cons- tituants sont connectés avec le corps selon son axe central (1) et passent à l'intérieur du corps radialement jusqu'aux volumes se trouvant dans la partie périphérique du corps. 4. Une centrifugeuse selon la revendication 3, caractérisée en ce que le corps (2) comporte un conduit d'entrée (14, 8, 9) qui est raccordé axialement au corps sur un côté de celui-ci et un conduit de sortie (12, 11, 15) ayant une connexion axiale semblable sur le coté opposé du corps et, en ce que chacun desdits conduits comporte une partie (8, 11) solidaire du corps et tournant avec celui-ci et, dans son prolongement, une partie stationnaire (14, 15), ces parties étant disposées au point de raccordement l'une dans l'autre et leurs matériaux étant choisis de manière que la partie qui est la partie externe de la partie du raccord ait un coefficient de dilatation thermique supérieur à la partie qui est la partie interne. 5. Une centrifugeuse selon la revendication 4, caractérisée en ce que la partie (8, 11) du conduit qui est solidaire du corps (2) et qui tourne en même temps que celui- ci,est constituée en métal et est disposée dans le raccord comme partie interne et, en ce que la partie stationnaire (14, 15) du conduit qui est la partie externe du raccord est constituée en un fluo- ropolymère. 6. Une centrifugeuse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que, entre les volumes parallèles conformés en arcs de cercles (3, 4) se trouve une nervure courbée de façon similaire (4) au sommet de laquelle existe un passage (7) reliant les volumes sensiblement sur la totalité de leur longueur. 7. Une centrifugeuse selon la revendication 6, caractérisée en ce que les volumes (3, 4) ont des sections en forme de coupelle. 8. Une centrifugeuse selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que la crête de la nervure (6) est sen- siblement de niveau avec la partie la plus élevée des volumes (3, 4), ce par quoi le passage (7) est placé à un niveau plus élevé que lesdits volumes. 9. Une centrifugeuse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les conduits d'entrée et de sortie (9, 12) sont connectés aux extrémités opposées (10, 13) du volume interne (3) , c'est-à-dire celui qui est placé le plus près de l'axe (1) du corps (2). 10. Une centrifugeuse selon la revendication 9, caractérisée en ce que la proportion volumétrique du volume interne (3) et du volume externe (4) est d'environ 1:2, auquel cas la centrifugeuse convient plus particulièrement pour séparer, dans les échantillons sanguins, le plasma des globules rouges et blancs.