Brevet FR2577433A1 — publié le 19860822

APPAREILLAGE POUR MELANGER UNE PLURALITE DE LIQUIDES La présente invention qui a pour objet un appareillage pour mélanger une pluralité de Liquides, est notamment relative, d'une manière générale, à l'étude des transformations biochimiques dans les systèmes biologiques et, d'une manière plus précise, à l'étude des réactions enzymatiques. Plus particulièrement, l'appareillage de l'invention a été conçu et réalisé pour permettre l'investigation des événements rapides associés à ces réactions de transformation. On en citera quelques exemples : l'étude des étapes de la transformation chimique d'une molécule biologique comme un sucre, l'ATP ou toute autre molé- cule d'intérêt biologique ; l'étude des étapes associées au transport d'un ion dans une cellule ; l'étude du déroulement dans le temps de l'assemblage d'un virus ; etc... Dans tous ces cas d'études, il y a lieu de procéder au mélange d'au moins deux liquides, qui sont des solutions des éléments à faire réagir ensemble, et il serait souhaitable de pouvoir contrôler optimalement notamment la vitesse, la précision, La reproductibilité, et la composition du mélange. Jusqu'à présent, Les appareillages antérieurement connus pour effectuer ce mélange d'au moins deux liquides sont tous conçus seLon le meme principe suivant : ils comportent un plateau unique de poussée, mû par un seul moteur généralement pneumatique, qui pousse les tiges de piston d'au moins deux seringues contenant les solutions à mélanger ; les sorties de ces seringues alimentent un dispositif mélangeur qui injecte le mélange ainsi réalisé dans un tube permettant éventuellement L'étude du mélange, et la sortie de ce tube alimente le volume intérieur d'une seringue de récupération en repoussant son piston qui, en fin de course désirée, actionne une commande d'arrêt du moteur de poussée du plateau de l'appareillage. Les nombreux inconvénients ou insuffisances des diverses réalisations connues de ces appareillages sont les suivants : - les dispositifs de poussée du plateau unique, géné ralement à moteur pneumatique, sont peu fiables et leurs principaux défauts sont une vitesse et une durée de poussée peu reproductibles ; - le couplage mécanique entre les différentes serin gues contenant les solutions à mélanger n'est jamais parfait, de sorte que les quantités respectives des liquides injectés par ces seringues ne sont pas ri goureusement reproductibles au cours d'expériences successives, ce qui en fausse les résultats ; - ces appareillages sont, en raison même de leur prin cipe de conception, très rigides d'emploi ; par exemple, il n'est pas aisé de modifier tes rapports de volumes injectés par les différentes seringues ; cela est généralement obtenu en utilisant des serin gues de sections inégales, mais ce changement de se ringues implique un démontage, un remontage et un réalignement complet de l'appareillage longs et mi nutieux ; ou, encore, certaines réalisations assu rent la poussée des différentes seringues par le plateau unique par l'intermédiaire de tiges de lon gueurs variables mais ces réalisations deviennent alors fragiles et peu fiables ; - L'extension de ces appareillages à des cas nécessi tant l'emploi de plus de trois seringues pour des mélanges multiples conduit très rapidement à des réalisations de constructions mécaniques d'une com plexité prohibitive ; - enfin, ces appareillages comportent, entre les sor ties des seringues contenant les solutions à mélan ger et l'entrée de la seringue de récupération, di vers dispositifs pour contrôler le fonctionnement de l'appareillage et l'asservissement entre elles des seringues qui créent nécessairement des volumes morts de tube rempli par le mélange ; dans certains cas, ces volumes morts entrainent la perte de plus de 50X de l'échantillon étudie, ce qui devient pro hibitif si l'échantillon est rare. L'invention a précisément pour but de proposer un appareillage pour mélanger une pluralité de liquides qui est d'une nouvelle conception telle qu'elle remédie aux divers inconvénients mentionnés ci-avant. A cet effet, l'invention a pour objet un appareillage pour mélanger une pluralité de liquides du genre comportant une pluralité de seringues contenant les liquides à mélanger et injectant ces liquides dans un réseau de tubes équipé de divers dispositifs assurant diverses fonctions telles que notamment les mélanges, caractérisé en ce que chaque tige de piston de toutes les seringues que- comporte l'appareillage est une tige munie de moyens assurant son déplacement con trôlé. Selon un mode préféré, L'invention a pour objet un appareillage pour mélanger une pluralité de liquides du genre comportant une pluralité de seringues contenant les liquides à mélanger et injectant ces liquides dans un réseau de tubes équipé de divers dispositifs assurant diverses fonctions telles que notamment les mélanges, caractérisé en ce que chaque tige de piston de toutes les seringues que comporte l'appareillage est une tige filetée vissée dans un écrou dont la rotation est obtenue par un moteur électrique du type pas à pas l'ensemble de ces moteurs électriques pas à pas étant contrôlé par des moyens connus en soi de pilotage électronique en fonction de tout programme d'expériences désiré. Par seringue, tel qu'employé ici, il faut .entendre un réservoir pourvu d'un piston mobile et d'une ouverture laissant circuler les fluides sous l'action du piston. Les avantages d'un tel appareillage sont notamment les suivants : - son assemblage mécanique est très simple fié ; - les seringues, commandées chacune par un moteur pas à pas, peuvent être poussées avec un synchronisme presque parfait à L'aide d'un simple genérateur d'impulsions ; - des rapports d'injections variables entre les différentes seringues peuvent être obtenus très aisement par simple changement de fréquence d'un ou plusieurs de ces moteurs pas à pas, et ce de manière reproductible ; - des séquences d'injections complexes nécessitant des poussées non simultanées sur différentes seringues sont imaginables ; - la motorisation de la seringue de récupération permet l'élimination d'électro-vannes qui sont autrement nécessaires pour rejeter le début de mélange comme on le comprendra mieux ci-dessous ;; - les deux derniers avantages ci-dessus combinés permettent de réduire considérablement Les volumes morts de tube rempli du mélange et donc les pertes d'échantillon ; - enfin, l'appareillage est très facilement pilotable à l'aide d'un micro-processeur. L'invention sera encore mieux comprise à l'aide de la description suivante qui sera faite en référence au dessin annexé, sur Lequel : - les figures 1 et 2 représentent schématiquement l'état de la technique concernée par la présente in vention sous forme de deux réalisations classiques, et -les figures 3 à 5 représentent schématiquement trois réalisations d'appareillages conformes à l'invention. Daris l'appareillage de la figure 1, un seul moteur M, généralement pneumatique, pousse, dans le sens de la flèche, un plateau unique P qui transmet cette poussée simultanément aux deux tiges de piston tl et t2 de deux seringues, par exemple une seringue E contenant une préparation biologique, et notamment enzymatique, et une seringue S contenant un réactif, et notamment un substrat. Pendant la poussée, Les deux liquides délivrés par les seringues E et S se mélangent intimement dans un dispositif mélangeur m.Le mélange est injecté dans un tube d'observation to transparent, situe Le plus près possible du dispositif mélangeur m, et analysé par tout système de détection optique approprié : à fluorescence, à mesure d'absorbance, à diffusion de lumière, à polarisation ou dépolarisation de lumière, à dichroisme, etc... ou encore par d'autres systèmes de détection à conductimétrie, ou à mesure de pH ou de température. Le mélange poursuit son chemin pour aboutir à une seringue de récupération R qui, après qu'une quantité suffisante de mélange a été injecté, agit par la tige de son piston refoulé sur un micro-contact mc qui contrôle L'jarret du moteur M. Dans le cas de la figure 2, l'appareilLage sert à pousser simultanément trois seringues. Les seringues E et S sont les mêmes que dans le cas précédent. Les mêmes références sur les figures 1 et 2 re perlent d'ailleurs de mêmes éléments d'appareillage. Le mélange issu d'un premier dispositif mélangeur ml cir cule ensuite dans un tube t de longueur L variable et arrive donc, au bout d'un temps variable avec cette longueur, au niveau d'un deuxième dispositif mélangeur m2. Le premier mélange se mélange alors avec une troi sième solution délivrée par une troisième seringue Q qui contient un inhibiteur ayant comme propriété d'arrêter l'évolution de la réaction en cours au sein du premier mélange. Après ce second mélange, le liquide est récupéré dans la seringue R pour analyse.Dans ce cas, des électrovannes EV1 et EV2 sont nécessaires pour rejeter le liquide en début de poussée car celuici correspond au liquide resté dans les tubes avant l'expérience en cours et qui doit donc etre évacué par la vanne Envi. Ces deux réalisations sont typiques de L'art antérieur connu et présentent la série d'inconvénients mentionnée ci-dessus. Par rapport à cet art antérieur, L'invention sera mieux comprise à l'aide des trois exemples de réalisation faisant l'objet des figures suivantes, 3 à 5. La figure 3 représente, schématiquement, un appareillage simple pour le mélange de deux liquides. Les tiges te et ts des deux seringues E et S sont, selon L'invention, réalisées sous forme de tiges -fi le- tées vissées dans des écrous commandés individuelle- ment par deux moteurs électriques de type pas à pas me et ms. Le pilotage coordonné de ces deux moteurs est assuré de manière connue en soi à l'aide d'un microprocesseur mp. On observe que la seringue de récupération R des appareillages des figures 1 et 2 est maintenant devenue inutile puisque L'on peut piloter de manière très précise les deux moteurs me et ms et les arrêter de manière très nette en toute position predé- terminée. La sortie du tube d'observation to est donc une sortie directe de rejet sr. La figure 4 représente, schématiquement, un appareillage à trois seringues avec seringue finale de récupération analogue à ce lui de la figure 2 mais con çu conformément à l'invention. Les mêmes references sur les figures 2 et 4 repèrent les mêmes éléments. Les tiges fil-etées tq et tr des seringues Q et R sont commandées par des moteurs pas à pas mq et mr. Dans te cas de cet appareillage, et par comparaison avec celui de la figure 2, ou a pu supprimer les électrovannes EV1 et EV2 car la motorisation individuelle de la seringue R permet de dévier le flux de liquides mélangés dans la direction voulue. En effet, en appelant VR, VE, VS et VQ respectivement les volumes de liquides émis ou reçus par les différentes seringues R, E, V et Q - si l'on a VR=O, le mélange est rejeté par la sortie de rejet sr, et,si l'on a VR=VE+VS+VQ, on procède à la récupération du mélange par la seringue R. La figure 5 illustre enfin, schématiquement, les possibilités de L'invention au-delà des avantages précédemment expliqués. Il s'agit là d'un appareillage nouveau à congélation rapide. Avec les mêmes références et conventions que précédemment, au cours d'une première phase, les pistons des seringues E et S sont poussés ét celui de ta seringue R tiré avec des vitesses relatives telles que l'on ait VR = VE+VS, et il s'ensuit que la solution mélangée E+S circule dans un tube de stockage ts sans provoquer de fuite par un trou tc situé au centre de ce tube ts. About d'un temps prédéterminé, par exemple de quelques millisecondes à quelques secondes ou minu tes, les seringues E et S étant bloquées, la seringue R pousse l'échantillon à travers le trou central tc. Le meme résultat peut d'ailleurs être obtenu par tout autre mouvement relatif des trois seringues produisant une surpression à l'intérieur du tube de stockage ts. Cette surpression provoque une éjection de l'échantil- lon qui est projeté par le trou tc et congelé dans une cuvette cu contenant du propane liquide ou tout autre liquide maintenu à basse température. On pourrait aussi projeter l'échantillon sur un support refroidi ou sur un support mobile juste avant congélation. L'invention n'est évidemment pas limitée aux exemples donnés de réalisation. REVENDICATIONS 1. Appareillage pour mélanger une pluralité de liquides du genre comportant une pluralité de seringues contenant les liquides à mélanger et injectant ces liquides dans un réseau de tubes équipé de divers dispositifs assurant diverses fonctions telles que notamment les mélanges, caractérisé en ce que chaque tige de piston de toutes les seringues que comporte l'appareillage est une tige munie de moyens assurant son déplacement contrôlé. 2. Appareillage pour mélanger une pluralité de liquides du genre comportant une pluralité de seringues contenant les liquides à mélanger et injectant ces liquides dans un réseau de tubes équipé de divers dispositifs assurant diverses fonctions telles que notamment les mélanges, caractérisé en ce que chaque tige de piston (te, tr, ts, tq) de toutes les seringues (E, R, S, Q) que comporte l'appareillage est une tige filetée vissée dans un écrou dont la rotation est obtenue par un moteur électrique du type pas à pas (me, ms, mr, mq), l'ensemble de ces moteurs électriques pas à pas étant contrôlé par des moyens connus en soi de pilotage électronique (mp) en fonction de tout programme d'expériences désiré. 3. Appareillage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte dans le réseau de tubes alimenté par les diverses seringues une partie de tube (ts) percée d'un petit trou (tc) destine à éjecter une partie d'échantillon dans des moyens de congélation (cu) lorsque le pilotage respectif des moteurs pas à pas (me, ms, mr, figure 5) provoque une surpression dans ce réseau de tubes.