Brevet FR2593920A1 — publié le 19870807

1. La présente invention se rapporte à un procédé d'analyse de liquides et à un élément d'analyse à employer dans le procédé. Comme liquides à analyser on envisage en particulier les liquides corporels, par exemple le sang total, le plasma, le sérum ou par exemple l'urine, mais rien ne s'oppose à l'analyse par exemple de l'eau ou de solutions colloldales. L'élément d'analyse est spécialement un élément dit intégré, en entendant par là que toutes les mesures indispensables à l'analyse se font dans un seul et même élément. On a déjà tenté de créer pour les analyses du sang un élément d'analyse intégré; toutefois on n'est pas parvenu jusqu'ici à crier un élément qui, par une simple prise d'essai et par la mesure obtenue, fournit le résultat. Comme naturellement l'exactitude est exigée, le travail de mise au point s'avère particulièrement difficile et dès lors il est resté sans résultat. Parmi les facteurs les plus importants perturbant l'exactitude dans les analyses du sang on a l'hématocrite (HK), dont la grande amplitude de variation produit des erreurs importantes dans les résultats des analyses. L'inconvénient majeur causé par l'hématocrite réside dans la variation de la viscosité du sang en fonction de la valeur de l'hématocrite. Conventionnellement les résultats cliniques sont indiqués aussi en résultats du plasma ou du sérum, l'hématocrite déjà avant l'analyse étant éliminé par la sédimentation des corpuscules du sang. Dans l'utilisation du sang complet, on doit s'attendre une fois de plus à des résultats inexacts. Concernant les éléments d'analyse dits intégrés on s'applique à exécuter toutes les mesures à entreprendre sur la prise d'essai à l'intérieur 2. de l'élément. On tente donc d'entreprendre le prétraitement de l'échantillon, le dosage quantitatif de l'échantillon et le dosage quantitatif des réactifs dans l'élément, autrement dit non pas sous forme de mesures distinctes à l'extérieur de l'élément. Pour les analyses quantitatives il existe quelques appareils connus, le but d'un élément d'analyse intégré étant à leur base. Des appareils de ce genre sont décrits entre autres dans le brevet britannique 1 440 464, dans les brevets américains 3 992 158, 4 066 403 et 4 363 874, tout comme aussi dans le brevet canadien 1 162 075, la demande allemande DE-31 33 538 et la demande britannique 2 095 404. Dans toutes les publications citées plus haut, on mentionne des appareils dans lesquels les zones nécessaires à l'analyse sont superposées en couches. L'échantillon est introduit dans une couche et dans une autre couche se font les réactions appropriées sur la base desquelles on mesuie d'une manière ou d'une autre la grandeur désirée. Dans les documents on décrit aussi diverses améliorations quant aux matériaux des couches, aux systèmes de dosage, etc. Comme déjà signalé, dans le cas du sang complet l'hématocrite constitue l'obstacle le plus sérieux quant à l'exactitude. Si l'on doit employer à partir du sang soit uniquement le plasma ou seulement le sérum, l'hématocrite est supprimé, mais la séparation exige un processus opératoire séparé et des appareils appropriés. Sans compter une plus grande dépense de travail et une complication générale de l'obtention des valeurs mesurées, il faut pour ces processus de travail également un personnel spécialement qualifié. Ce qui contrarie l'exactitude est que les matériaux à employer n'assurent pas de manière absolue 3. une diffusion uniforme de l'échantillon d'une couche dans l'autre. De même l'inégalité de la viscosité des échantillons, qui résulte entre autres des variations de l'hématocrite, aboutit à des problèmes d'exactitude. L'objectif à la base de la présente invention est d'éliminer les vices cités plus haut qui sont typiques des éléments d'analyse connus. On vise donc la création d'un élément d'analyse intégré qui, abstraction faite de la prise d'essai, n'exige aucun prétraitement externe de l'échantillon. Avec le procédé et l'élément d'analyse conformes à l'invention il est possible en outre d'exécuter l'analyse même sur du sang complet, c'est-à-dire en la présence des corpuscules du sang, et cela toujours avec la même exactitude. De plus, avec l'invention on vise la création d'un procédé et d'un appareil avec lesquels on pourra exécuter les analyses même avec un personnel non spécialement qualifié pour des travaux de laboratoire, étant donné que les facteurs à l'origine des erreurs sont réduits à un minimum conformément à l'invention. L'invention se base sur l'observation surprenante que par l'emploi d'un champ de gravitation artificiel (externe), en particulier de la force centrifuge, dans un élément d'analyse construit à cet effet, on peut dans la pratique éliminer tous les facteurs nuisibles à l'exactitude, en pouvant obtenir un résultat exact, toujours valable, même dans l'analyse du sang complet. La seconde notion de base dans l'invention est que selon l'invention, lors de la séparation des particules et du dosage primaire de l'échantillon, on applique comme facteur principal ou partiel pour la limitation de la 4. circulation du liquide à analyser la loi des tubes communicants. Par dosage primaire on entend ici le dosage quantitatif de l'échantillon dans chaque partie de l'élément dans lequel la mesure de la grandeur désirée et les réactions qui précèdent la mesure ou progressent pendant la mesure sont effectuées. L'invention va être décrite ci-après en détail en se référant aux dessins en annexe. On montre dans la figure 1 le principe général de l'appareil conforme à l'invention; dans la figure 2 un appareil conforme à l'invention, appliqué à une mesure luminométrique; dans la figure 3 le même appareil appliqué à une mesure photométrique; dans la figure 4 une autre forme de réalisation de l'appareil conforme à l'invention et dans la figure 5 une autre forme de réalisation de l'appareil. Dans la figure 1 on représente le principe de base de la forme de réalisation de l'invention considérée comme la meilleure. L'appareil 1 consiste en un tube en forme de U, construit tout spécialement en verre quoique un tube de matière synthétique puisse aussi convenir dans ce but. Une branche du tube est désignée ici par branche descendante 2 et l'autre (plus courte dans la figure) par branche ascendante 3. A l'extrémité de la branche descendante se trouve la phase de support 4 qui, en vue de l'aspiration d'un volume d'échantillon déterminé, est plongée dans l'échantillon à examiner. La phase 4 est montée dans un manchon de matière synthétique ou dans un autre dispositif approprié et peut ainsi être enfoncé aisément dans l'extrémité de la branche descendante 2. Après aspiration de l'échantillon, on place de préférence tout l'appareil d'analyse 1 dans une centrifugeuse dont le nombre de tours peut être réglé au montant désiré. La force centrifuge fait que l'échantillon en provenance de la phase de support 4 est mis en mouvement et avance jusqu'au filtre 6 o les corpuscules du sang 7 sont séparés de l'échantillon de sang. Les corpuscules du sang ne traversent pas le filtre 6, alors que le sérum continue son déplacement jusqu'à la branche ascendante 3 et entre en contact ainsi d'abord avec la zone d'expansion 8 et ensuite avec la zone de réaction 9, après quoi, conformément à la loi des tubes communicants, il parvient dans la zone de mesure 10 o la modification due à la réaction produite dans la zone de réaction 9 est mesurée chaque -fois de la manière appropriée. L'emplacement du filtre 6 est chaque fois choisi en fonction de l'application. Un montage du filtre plus avantageux que le montage représenté du filtre 6 dans la branche descendante est le montage du filtre dans la branche ascendante 3, et cela parce que dans le montage représenté apparait manifestement le danger d'un bouchage du filtre et que dans le montage dans la branche ascendante le filtre est à l'abri de toute pression de liquide à laquelle elle est exposée dans la branche descendante. Comme déjà rappelé, l'invention repose sur la notion d'opérer avec un champ de gravitation externe avec lequel le courant de l'échantillon liquide est toujours et chaque fois porté de la même manière à des valeurs déterminées. Si l'on opère avec un tube en U comme dispositif d'analyse, on obtient alors le niveau de liquide dans la branche descendante 2 et dans la branche ascendante 3 toujours au même 6. niveau qui est celui montré dans les figures par la ligne en traits interrompus 13. Par un positionnement approprié des zones employées, on peut mesurer exactement la grandeur désirée constamment à l'extrémité de la branche ascendante 3. Au cas o toutefois on le souhaiterait la hauteur des niveaux de liquide peut être choisie en sorte que le transport de la dernière phase de l'échantillon s'effectue dans sa position finale par diffusion. Dans les figures 2 et 3 sont représentées des formes de réalisation de l'élément d'analyse conforme à l'invention pour la mesure luminométrique et photométrique de la grandeur recherchée. Les repères ont la même significations que dans la figure 1. Dans la forme de réalisation de la figure 3 est montée à l'extrémité de la branche ascendante 3 de l'élément une cuvette à une voie 11, qui permet une détermination photométrique directe sans préparatifs de mesure supplémentaires quelconques. La cuvette 11 a une fenêtre 12 consistant en deux plaques de verre, etc, entre lesquelles les forces capillaires agissent. Le liquide à analyser est donc par l'action d'une force capillaire distribué sur la fenêtre de mesure 8. La zone d'expansion 8 s'étend jusqu'à la partie inférieure de la cuvette 11 et la zone de réaction 9 et la zone de mesure 10 sont réunies dans cette forme de réalisation. Dans certains cas on peut aussi renoncer totalement au filtre faisant partie des formes de réalisation décrites ci-dessus. Une telle variante est représentée dans la figure 4, qui représente par rapport aux formes de réalisation ci-dessus deux modifications. Si l'on renonce au filtre, alors le courant du liquide se déplaçant dans le tube doit être limité en sorte que le champ de gravitation 7. externe employé puisse arrêter par exemple les corpuscules du sang d'un échantillon de,sang au fond du tube. A cet effet on intercale un étranglement (capillaire) 16 représenté à titre d'exemple dans la figure. Comme montré dans la figure 4, la partie du fond du tube peut être agrandie pour que, apres que les corpuscules du sang de l'échantillon de sang se sont déposés sous l'action de la force centrifuge sur le fond 15 du tube, il reste par rapport à la surface limite supérieure de la partie de fond agrandie encore un espace libre que les corpuscules du sang n'occupent pas. On veut s'assurer ainsi qu'à partir du courant forcé il n'y ait pas de corpuscules du sang qui soient transportés là o ils ne sont pas nécessaires ou admis. Au lieu du capillaire 16 on peut adopter une solution quelconque pour atténuer l'écoulement, comme par exemple un matériau poreux approprié qui laisse passer tout au moins en partie les corpuscules du sang mais qui néanmoins ralentit la vitesse d'écoulement. La figure 5 montre une variante de forme d'application de l'idée de l'invention. La branche descendante 2 est ici un tube ouvert tout au moins partiellement en son extrémité inférieure et la branche ascendante consiste en un tube 3 fermé en bas et entourant le premier tube, qui naturellement est dans une mesure souhaitée plus grand que le tube intérieur. Toutes les fonctions sont toutefois exactement les mêmes que celles décrites dans les figures 2 et 3. La résistance à la circulation dans cette construction est aisément réalisée- par le montage d'une ouverture capillaire dans le fond du tube intérieur. Ainsi le filtre 6 devient superflu, bien que celui-ci puisse tout aussi 8. bien s'employer conjointement avec des résistances à l'écoulement, étant donné qu'alors le processus de filtration subit un ralentissement approprié dans le temps, qui dans certaines circonstances peut constituer un avantage important. Dans toutes les formes de réalisation on opère donc suivant le même principe de base et avec des mêmes genres d'éléments d'analyse. La phase de support 4 de l'élément d'analyse est dans sa forme typique fortement hydrophile; en l'occurrence le dosage de l'échantillon, en particulier de l'échantillon de sang, s'effectue avec économie de temps en tirant parti des forces capillaires, en sorte qu'une plongée de courte durée de la phase de support dans l'échantillon soit suffisante pour le prédosage semi-quantitatif ou quantitatif. Comme exemples de matériaux de la phase de support on citera la cellulose, le coton, le feutre, le papier-filtre, la gélatine, l'agarose et divers matériaux polymères. Le volume de l'espace vide de la phase de support s'élève avantageusement à 15 à 95%. La phase peut être constituée comme un composant de la construction du corps de l'élément d'analyse ou, comme décrit précédemment, comme une partie séparée. La phase peut consister en du matériau fibreux ou poreux, en un tube capillaire individuel ou encore en un système de capillaires. Le filtre 6 sépare les corpuscules du sang d'avec le sérum, d'o ceux-ci ne peuvent plus perturber les mesures à entreprendre par la suite. Les pores du filtre sont naturellement inférieurs aux corpuscules du sang, afin que ces derniers ne puissent pas traverser le filtre. De manière typique les corpuscules du sang ont une dimension de 7 à 9. /um, d'o la dimension des pores du filtre approprié auront par exemple 0,1 à 5/um. La séparation des corpuscules du sang peut aussi se faire en se basant sur l'adsorption, cas o le filtre peut consister en le même matériau que la zone 8. Si au lieu de sang complet on doit analyser une autre substance, on doit naturellement choisir la dimension des pores du filtre 6 pour qu'ainsi une séparation des particules désirées d'avec le liquide soit possible. Par la sélection du matériau pour la zone d'expansion 8 on peut exercer une influence sur les diverses grandeurs agissant sur l'analyse. On utilise spécialement pour la zone d'expansion un matériau cristallin à dimension de cristal très petite. Des substances appropriées à cet effet sont par exemple le kieselguhr et un matériau granuleux polymère ayant une granulométrie par exemple de 80 à 120/um. Ces matières peuvent s'employer à l'état dispersé par exemple dans des esters cellulosiques, de l'alcool polyvinylique ou de la gélatine. Pour le réglage du volume d'espace vide de la zone d'expansion 8 on peut influencer le niveau de liquide et le volume d'échantillon nécessaire. La possibilité existe en outre de tirer parti de cette phase par un réglage d'autres propriétés du matériau de la zone d'expansion pour la filtration sélective, l'élimination d'inter- férences,pour diverses formes d'application chromatographiques, pour des réactions immunologiques compétitives,' etc. La zone de réaction 9 peut consister en une ou plusieurs zones dans lesquelles se produisent les réactions nécessaires à la mesure. Les zones contiennent les réactifs indispensables à ces réactions. La zone de mesure 10 peut coïncider avec 10. la zone de réaction 9 ou bien être constituée en une zone séparée. Il est valable en principe que toute grandeur qui doit être mesurée dans la zone de mesure est mesurable dans la zone. Le principe de la mesure peut naturellement varier et-l'on choisira chaque fois une réaction indicatrice appropriée au procédé pris en considération. Précédemment on a cité comme principes de mesure la photométrie et la luminométrie; toutefois le principe et l'élément d'analyse conformes à l'invention sont applicables tout au moins aussi aux mesures réflectrométriques et fluorométriques. Le principe conforme à l'invention est applicable aussi à l'exécution simultanée de plusieurs mesures différentes. On modifie alors l'appareil pour que la branche ascendante 3 soit divisée en plusieurs branches parallèles séparées parmi lesquelles chacune contient spécifiquement les réactifs conçus pour la réaction considérée. Naturellement les diverses branches fournissent alors des réactions de coloration,etc différentes entre elles et les propriétés indiquées par celles- ci peuvent alors être mesurées indépendamment les unes des autres. Dans certaines applications particulières l'appareil peut également présenter plusieurs branches descendantes. Ainsi que cela ressort de la description qui précède, le procédé et l'élément d'analyse conformes à l'invention offrent par rapport au procédés connus et aux techniques conventionnelles d'exécution des analyses des avantages considérables. La totalité du processus d'analyse est extrêmement simple dans sa mise en. oeuvre et ne requiert donc pas du personnel ayant la formation de laborantin. Le procédé et l'élément d'analyse conformes à 11. l'invention signifient une amélioration décisive dans la mise à profit des capacités des services d'analyses. L'élément d'analyse conforme à l'invention offre la possibilité de renoncer à tout prétraitement des échantillons et d'obtenir néanmoins un dosage quantitatif des prises d'essai. Comme tous les réactifs, déjà lors de la fabrication de l'élément sont fixés d'avance de manière appropriée à des endroits déterminés, le dosage des réactifs est également quantitatif. On a de même la possibilité de produire dans l'échantillon un nombre désiré de réactions différentes, tout en assurant toujours l'exactitude de la mesure. Pour l'exactitude de la mesure est d'une importance particulière le courant forcé produit conformément à l'invention. Comme la circulation est produite par la pression hydrostatique, la température en pratique reste totalement sans influence sur le dosage des échantillons. De même la diffusion conformément à l'invention se laisse mieux maintenir sous contrôle que dans les appareils connus, étant donné que l'écoulement forcé du liquide réduit le reflux produit par diffusion. Mais d'un autre côté, comme signalé déjà plus haut, on peut accorder selon l'invention également à la diffusion un rôle qui lui est propre. Le rôle de la diffusion est en partie aussi de répartir le liquide dans la direction latérale de manière uniforme sur toute l'étendue de l'élément d'analyse. Si c'est indis- pensable, la diffusion dans des applications spéciales peut aussi être exploitée pour assurer une circulation interne souhaitée dans l'appareil. Le principe appliqué conformément à l'invention de l'exploitation de la loi des tubes 12. communicants en analyse signifie que les courants de liquide dans l'appareil se font toujours au même endroit, d'o l'exactitude est aussi assurée dans ce sens. Par l'emploi d'une force de grandeur souhaitée pour le mouvement du liquide, par exemple par l'emploi d'un nombre déterminé de tours dans la centrifugeuse, on peut régler la vitesse de propagation du liquide pour que constamment soient assurées des mesures présentant une exactitude régulière. Dans la branche ascendante on peut assurer supplémentairement l'exactitude du dosage primaire en cas de besoin en tirant parti de la tension superficielle des échantillons, ceci par un dimensionnement approprié de l'ouverture de sortie de gaz 14 et par des mesures similaires. Pour le spécialiste il va de soi que l'invention, quant au principe de la mesure, à la forme donnée, etc, ne se limite pas aux formes de réalisation données ci-dessus à titre d'exemple et que la modification de détails fait partie de la routine professionnelle. Le procédé conforme à l'invention et l'élément d'analyse peuvent de manière simple s'employer aussi dans des appareils automatiques d'analyse. 13. REVENDICATIONS 1. Procédé d'analyse de substances liquides, en particulier de liquides corporels, avec utilisation d'un élément d'analyse dit intégré dans lequel le dosage des échantillons et les autres mesures préparatoires des échantillons pour la mesure de la grandeur recherchée peuvent s'exécuter à l'intérieur de l'élément, caractérisé en ce que le Iiquide à analyser dans l'élément d'analyse est déplacé par l'emploi d'un champ de gravitation artificiel en recourant à la loi des tubes communicants, en tant que facteur principal ou partiel limitant la circulation du liquide à analyser. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le champ de gravitation artificiel est engendré à l'aide d'une force centrifuge. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la loi des tubes communicants agit comme premier facteur partiel limitant la circulation du liquide à analyser et comme deuxième facteur partiel la tension superficielle de l'échantillon. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la circulation du liquide à analyser est limitée suivant le principe de la loi des tubes communicants. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la circulation du liquide à analyser est limitée par l'emploi d'un tube en U comme élément d'analyse. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide à analyser est dosé semi-quantitativement ou quantitativement par plongée de la phase de support (4) dans le liquide à analyser. 14. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules contenues dans le liquide à analyser, par exemple les corpuscules du sang dans le cas d'un sang complet, sont séparées par un filtre (6) intercalé dans le cheminement du liquide à déplacer à l'aide d'un champ de gravitation artificiel et/ou par une force de centrifugation. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les particules sont séparées de telle sorte qu'elles restent néanmoins dans l'espace déterminé par le niveau du liquide, sous forme de portion du volume de liquide. 9. Elément d'analyse en vue de l'analyse de substances liquides, en particulier de liquides corporels, dans un élément dit intégré dans lequel le dosage de l'échantillon et les autres mesures pour la préparation de l'échantillon en vue de la mesure de la grandeur recherchée peuvent s'exécuter à l'intérieur de l'élément, caractérisé en ce qu'il consiste en au moins deux branches distinctes qui sont raccordées entre elles selon le-principe des tubes communicants. 10. Elément d'analyse selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il consiste en un tube en U ayant une branche descendante (2) et une branche ascendante (3). 11. Elément d'analyse selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que la branche descendante (2) présente en son extrémité une phase de support (4) qui fonctionne en tant que prédoseur et qui lors de la plongée dans le liquide à examiner dose celui- ci semi-quantitativement ou quantitativement. 12. Elément d'analyse selon la revendication 11, caractérisé en ce que la phase de support consiste en un matériau fibreux ou poreux et est disposé dans 15. un manchon séparé (5). 13. Elément d'analyse selon la revendication 11, caractérisé en ce que la phase de support (4) est formée d'un capillaire ou d'un système de capillaires qui consiste éventuellement en un élément constitutif de la construction du corps de l'élément (1). 14. Elément d'analyse selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce qu'il présente un filtre (6) pour la séparation des particules à partir du liquide à analyser. 15. Elément d'analyse selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'au lieu du filtre (6), ou en plus du filtre (6), il présente un ralentisseur de circulation (16). 16. Elément d'analyse selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce qu'il présente une zone d'expansion (8), une zone de réactif (9) et une zone de mesure (10), les zones (8) et (9) pouvant éventuellement être réunies. 17. Elément d'analyse selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que l'élément d'analyse (1) comporte éventuellement encore en plus un dispositif séparé pour l'exécution de la mesure. 18. Elément d'analyse selon la revendication 17, caractérisé en ce que ce dispositif séparé est une cuvette (11) pour la mesure photométrique. 19. Elément d'analyse selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il présente une branche descendante (2) et plusieurs branches ascendantes (3) . 20. Elément d'analyse selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'en vue de la mesure de plusieurs propriétés différentes de l'échantillon, chaque branche ascendante (3) fournit une réaction 16. qui lui est propre. 21. Elément d'analyse selon la revendication 9 ou 11, caractérisé en ce que la branche descendante (2) ou les branches descendantes (2) contient/ contiennent plusieurs prédoseurs.