Brevet FR2599148A1 — publié le 19871127

La présente invention est du domaine des prélèvements d'échantillons en enceinte stérile. Elle utilise plus particulièrement un dispositif permettant de conserver la stérilité d'un milieu de culture en enceinte 5 pendant le prélèvement d'échantillons destinés à l'analyse. Jusqu'à présent, les dispositifs de la technique antérieure, qui étaient la plupart actionnés manuellement, ne permettaient pas de prélever des échantillons sans compromettre la stérilité du milieu de 10 culture. Du fait que l'utilisateur devait faire son prélèvement manuellement, avec les multiples inconvénients que cela comporte, il était difficile de prélever des échantillons de volume difficilement contrôlable dont on ne pouvait en outre garantir l'absence de contamination par le milieu extérieur. Toutefois, un des risques les plus importants des dispositifs de la technique antérieure était celui de contaminer le-contenu même du fermenteur. Un des objets de la présente invention est de fournir un dispositif de prélèvement avec lequel on peut 20 effectuer de façon reproductible, un prélèvement de volume connu. Un autre objet de la présente invention est de fournir un dispositif-de prélèvement dans lequel le prélèvement de volume connu est effectué en ligne, tout en 25 assurant la noncontamination du milieu de culture dans lequel est effectué ledit prélèvement. Encore un autre objet de l'invention, est de réaliser un dispositif de prélèvement assurant la. diminution des risques de contamination de la fermentation 30 grâce à la possibilité de réaliser une stérilisation aisée des pièces- du dispositif impliquées dans le prélèvement d'un échantillon de volume rigoureusement constant, tout en permettant une dilution automatique de l'échantillon prélevé au moyen d'un solvant ainsi que le refroidissement 35 des éléments mobiles du dispositif et leur séchage au moyen d'un fluide stérile. La présente invention a donc pour objet un dispositif permettant de conserver la stérilité d'un milieu de culture en enceinte pendant le prélèvement 5 d'échantillons destinés à l'analyse, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte, à l'intérieur d'un bâti, une première chambre, dite de prélèvement, dans laquelle coulisse un piston pourvu à une extrémité de moyens permettant le prélèvement d'un échantillon à analyser, 10 cette chambre se prolongeant par un embout destiné à venir s'insérer de façon étanche dans un piquage prévu sur l'enceinte renfermant le milieu de culture, et une seconde chambre, dite de dilution, reliée à la première chambre par un passage, cette secondechambre étant divisée en 15 deux zones par des moyens de butée contre lesquels viennent en aboutement deux pistons coulissants respectivement dans lesdites zones, la première chambre pré-sentant au moins un orifice de sortie pour l'échantillon prélevé, tandis que la seconde chambre 20 comporte un orifice d'admission pour un solvant. Le dispositif. de' prélèvement selon la présente invention est en outre remarquable par les points suivants: -- - on a prévu des moyens d'étanchéité entre 25 les pistons et les chambres correspondantes; - le piston -de la _première chambre présente - dans sa zone opposée à la zone de prélèvement un épaulement-; - -- - -- -on a prévu dans la seconde chambre un 30 butoir dont le volume est choisi de façon à déterminer le volume de dilution -limité par les faces en regard des pistons et les faces internes-de ladite chambre; - le butoir est mobile et actionné par des moyens extérieurs, -par exempleun moteur pas à pas 35 commandé par des moyens électro-informatiques permettant ainsi de régler le volume de dilution, donc le coefficient de dilution de l'échantillon; - les divers pistons sont actionnés par des moyens moteurs, par exemple, du type hydraulique, 5 pneumatique ou magnétique. Dans le cas d'une commande pneumatique des pistons, on utilise avantageusement une source d'air comprimé, une pluralité de vannes distributrices étant prévues et commandées par des moyens mécaniques, par exemple du type automate à cames, ou bien 10 par des moyens électro-informatiques, par exemple un micro-processeur. Dans tous les cas, on a également prévu des moyens d'admission de solvant et des moyens permettant le balayage-nettoyage du dispositif de prélèvement, après 15 chaque cycle de prélèvement. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, d'une forme de réalisation non limitative de dispositif de prélèvement, en référence aux dessins 20 annexés, dans lesquels: - Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale axiale d'un dispositif de prélèvement ou échantillonneur selon l'invention, monté sur un piquage d'une enceinte de culture ou fermenteur; - Fig. 2 est une vue plus en détail d'une coupe longitudinale axiale d'un échantillonneur selon l'invention, pendant la séquence de stérilisation; - Fig. 3 est une vue analogue à 1-a Fig. 1 lors de la séquence de prélèvement de l'échantillon; - Fig. 4 est une vue analogue aux Figures précédentes, lors de la séquence o l'échantillon est ramené dans l'échantillonneur; - Fig. 5 est une vue analogue aux Figures précédentes, pendant la séquence de préparation du volume 35 d'eau destiné à la dilution; 2599148 - - Fig. 6 est une vue analogue aux Figures précédentes pendant la séquence de dilution-rinçage;,- Fig. 7 est un schéma d'ensemble du dispositif de prélèvement d'échantillon, selon l'invention. Comme représenté sur la Fig. 1, l'échantillonneur E est monté dans un piquage B d'un fermenteur Fe par l'intermédiaire d'un embout El. On notera que le piquage- B est dirigé obliquement vers le haut, par rapport à la paroi du fermenteur, cette inclinaison étant destinée à renvoyer le condensat vers l'intérieur du fermenteur. Comme représenté plus en détail sur les Fig. 2 à 6, l'échantillonneur selon la- présente invention est 15 constitué d'un bâti E dans lequel on a aménagé une chambre supérieure C1 et une chambre inférieure C2 se prolongeant par l'embout El. Dans la chambre inférieure C2, dite de prélèvement, est logé un piston I présentant dans sa zone d'extrémité opposée à l'embout E1 un épaulement la. A son autre extrémité, le piston est conformé de façon à définir un évidement torique lb. Des moyens d'étanchéité constitués par des joints toriques ic- sont prévus de chaque côté de la chambre torique lb. De même-des moyens d'étanchéité ont également prévu au voisinage de la zone 25 de l'épaulement la, ces moyens d'étanchéité étant également constitués par-des bagues toriques ld. Dans la chambre supérieure C1 ou de dilution, sont montés de part *et d'autre d'une butée central-e 2, deux pistons 3 et '4 --pourvus. respectivemment -dans- leur zone d'extrémité de 30 bagues toriques d'étanchéité 3a, 4a. La chambre de dilution Cl est pourvue d'orifices d'admission d'air, 5, 6, selon les flèches fi, f2, d'un orifice d'admission de vapeur 7 selon la flèche f3 et d'un orifice d'admission de solvant de dilution 8. -La chambre C2 -ou de prélèvement est pourvue de deux orifices d'admission-sortie d'air 9, 10, selon les flèches f3, f4, f5, f6, respectivement. La chambre C2 est également pourvue d'un orifice de purge 11 selon la flèche f7. Les chambres C1 et C2 sont réunies par un passage ou 5 orifice 12. Dans le schéma général de l'échantillonneur, selon l'invention telle que représenté sur la Fig. 7, on voit que l'échantillonneur fonctionne avec une source d'air comprimé S alimentant par une série de vannes V1, V2, V3, V5 les orifices respectifs 10, 9, 6, 5 par les conduits respectifs D1, D2, D3, D5. L'air comprimé est également admis, d'une part, par la vanne V4 et le conduit C4 à un récipient R renfermant un solvant approprié, par exemple de l'eau, un récipient dans lequel l'eau soumise à la pression d'air comprimé passe par le conduit D8 à 15 l'orifice d'admission de solvant 8, et d'autre part, par la vanne V6 et le conduit D6 à un filtre Fi o l'air étant débarrassé de ses micro-organismes et impure-tés est transféré à une chambre de mélange Ch o cet air purifié vient se mélanger avec de la vapeur dont l'admission est 20 commandée par une vanne V7 via un conduit D7. Le mélange air-comprimé/vapeur est. ensuite amené par un conduit D9 à l'orifice d'admission de v-apeur 8. Les vannes Vl à V7 sont avantageusement des électrovannes commandées par un automate.à came Ac, lui-même actionné par un motoréducteur 25 Mo et associées à des manodétendeurs M1 à M7. En aval des manodétendeurs M1, M-2, M3, on peut prévoir des lubrificateurs LI, L2, L3, cette mesure n'est toutefois pas obl.igatoire- car l'-échantillonneur selon l'invention peut également fonctionner de.façon - performante, sans 30 l'aide d'agent de lub-rification. Le - cycle de fonctionnement de l'échantillonneur selon la présente invention est le suivant: - lorsque l'échantillonneur E est implanté 35 sur le fermenteur F. comme représenté sur la Fig. 1, on peut décomposer son fonctionnement en cinq opérations principales comme représentées respectivement sur les Fig. 2 à 6. - comme représenté sur la Fig. 2, la 5 première opération consiste, avant utilisation. de l'échantillonneur, à stériliser les éléments constitutifs contaminés par le milieu extérieur, à cet effet, les vannes V3, V5, V6 et -V7 sont ouvertes, les autres vannes étant fermées, de façon à, d'une part, faire venir les 10 pistons 3 et 4 en aboutement contre la butée 2, sous l'effet de l'air admis selon fi et f2, dans- la chambre C1 tandis que le mélange d'air filtré provenant du filtre fl et la vapeur soient mélangés dans la chambre Ch avant d'être admis dans l'intérieur de l'échantillonneur par 15 l'orifice d'admission 8. Le mélange air/vapeur de purge sort alors par l'orifice 11 selon la flèche f7. - - - La seconde opération, telle qu'illustrée sur la Fig. 3, consiste à prélever l'échantillon. A cet effet, les vannes V3 et V5 restent à l'état ouvert, tandis 20 que l'on ouvre la vanne V1 de façon à amener la chambre de prélèvement lb du piston 1 à l'intérieur du fermenteur. Dans cette séquence, les autres vannes V2, V4, V6 et V7 restent à l'état fermé. La troisième opération, comme représentée sur 25 la Fig. 4, consiste à ramener l'échantillon à l'intérieur de l'échantillonneur, et ce, en fermant la vanne Vl et en ouvrant- la vanne V2, les v.annes' V3 et V5 restant toujo-urs fermées., de même que les autres vannes. L'ai-r admis selon f5 par l'orifice 9 agit sur l'épaulement la du piston 1, 30 pourramener ce dernier en aboutement contre la paroi de la chambre Cl; cet air s'écoulant selon f6 par l'orifice 10. - *La quatrième opération représentée par la Fig. 5 consiste' à préparer un -volume de solvant, par 35 exemple de l'eau, destiné à la dilution de l'échantillon déjà prélevé selon les opérations précédentes. A cet effet, toutes les vannes du dispositif sont à l'état fermé, à l'exception de la vanne V4 et de la vanne V5. La pression d'air comprimé issu de cette dernière amène le 5 piston 3 en aboutement contre la butée 2, tandis que la pression d'air issue de la vanne V4, provoque, comme décrit ci-dessus, une arrivée de solvant, par exemple de l'eau à. l'intérieur de la chambre C2 par l'orifice d'admission 8. On notera que les faces en regard des 10 pistons 3 et 4 définissent avec les faces internes de la chambre Cl un volume de dilution devenant maximal lorsque le piston 4 vient en aboutement contre le butoir 14 de la paroi de fond de ladite chambre Cl. La cinquième opération dite de "dilution15 rinçage" consiste à entraîner vers l'analyseur l'échantillon dûment dilué, et ce, par ouverture de la vanne V13 qui repousse le piston 4 en aboutement contre la butée 2, tandis que le piston 3 vient en aboutement contre la paroi opposée de la chambre C1, libérant ainsi le 20 passage 12 entre les chambres C1 et C2 dans laquelle s' écoule le liquide de dilution-solvant, qui se combinant dans la chambre torique lb s'écoule vers l'analyseur, non représenté, sur les dessins, par l'orifice d'évacuation ou de purge 11. L'échantillonneur selon la présente invention permet le contr6le de la non-contamination d'un milieu de culture en réalisant des cycles d'utilisation réelle pendant plusieurs jours. Selon un -mode de réalisation préféré, on peut par exemple opérer sur un fermenteur de 30 20 litres, placé dans les conditions de culture normale, à l'exception notable de toute intervention pouvant induire une- contamination et, bien entendu, sans innoculation. Après fermentation normale, on pourra, en utilisant l'échantillonneur selon l'invention, alimenter un analyseur, par exemple un appareil utilisant le principe des électrodes à enzyme, pour effectuer rapidement des dosages de molécules organiques en milieu liquide. Tout appareil, qui par sa conception nécessite qu'on lui fournisse des échantillons de volume constant, est rendu 5 particulièrement performant grâce à son association avec l'échantillonneur selon la présente invention. On notera que la présente invention n'a été rendue possible que par la collaboration active entre le laboratoire de technologie enzymatique de l'Université Technologique de 10 Compiègne, laboratoire associé au Centre National de la Recherche Scientifique N.338, et les inventeurs. Ainsi se trouve résolu, selon la présente invention, le problème de l'échantillonnage automatique respectant le milieu dans lequel l'échantillon est prélevé et ce, en obtenant des 15 volumes constants à partir desquels on peut réaliser les différentes opérations d'analyse désirées. Il est clair que la présente invention n'est nullement limitée à la forme de réalisation décrite cidessus en référence aux dessins annexés, mais qu'elle 20 englobe toutes les modifications et variantes à la portée de l'homme de l'art. C'est ainsi que l'on peut modifier à volonté la forme des pistons, les rendre télescopiques ou à géométrie variable, tout en respectant les conditions d'étanchéité nécessaires à l'intérieur des chambres. De même, si l'on a utilisé des moyens pneumatiques, il n'en reste pas moins que n'importe quel moyen d'actionnement peut être utilisé -à condition toutefois, de respecter les conditions d'étanchéité et destérilité nécessaires au bon fonctionnement du dispositif de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant de conserver la stérilité d'un milieu de culture en enceinte pendant le prélèvement d'échantillons destinés à l'analyse, caractérisé en ce qu'il comporte, ménagé dans un bâti (E) une première chambre (C2) dite de prélèvement, dans laquelle est monté coulissant un piston (1) pourvu d'une extrémité de moyens (lb) permettant le prélèvement d'un échantillon à analyser, et une seconde chambre (Cl), dite 10 de dilution reliée à la première chambre par un passage (12), cette seconde chambre étant divisée en deux zones par des moyens de butée (2) contre lesquels peuvent venir en aboutement deux pistons (3, 4) coulissant respectivement de part et d'autre de la butée (2), la 15 seconde chambre (C1) comporte un orifice d'admission (8) pour le solvant de dilution. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston (1) présente dans la zone opposée aux moyens de prélèvements un-épaulement (la). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que entre les pistons (3, 4; 1) et les parois des chambres correspondantes (C1; C2) sont prévus des moyens d'étanchéité (3a, 4a; lc, ld) par exemple des bagues toriques. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens permettant le prélèvement d'échantillons sont constitués par une chambre thorique (lb) ménagée périphériq-uement sur le piston (1). 55. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la chambre de dilution (Cl) est pourvue d'un butoir (14) de volume choisi de façon à déterminer le volume de dilution limité par les faces en regard des pistons (3, 4) et les faces internes de ladite chambre (Cl). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le butoir (14) est mobile et actionné par des moyens extérieurs, par exemple un moteur pas à pas, commandé par des moyens électro-informatiques, 5 permettant ainsi de régler le volume de dilution, donc le coefficient de dilution de l'échantillon. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications i à 6, caractérisé en ce que les pistons (1; 3, 4) sont actionnés par des moyens moteurs choisis parmi ceux du type hydraulique, pneumatique ou électromagnétique. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lorsque l'on utilise des moyens d'actionnement pneumatiques des pistons, par exemple, par l'intermédiaire d'une source d'air comprimé, des orifices d'admission-sortie d'air (5,.6; 11,- 10) sont prévus respectivement dans les chambres (Cl, C2). 9. Dispositif selon l'une quelconque des 20 revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la chambre de dilution (Cl) comporte un orifice d'admission (7) destiné à l'admission d'un mélange vapeur/air stérile destiné au. nettoyage-b-alayage de la chambre de dilution. 10. Dispositif selon l'une quelconque des 25 revendications I à 9, caractérisé en ce que les- moyens moteurs sont commandés par un automate à cames {Ac) destiné à la commande selon un cycle pré-établi -des électrovannes d'admission. (Vl, V2, V3, V4, V5, V6, V7)d'admission des différents fluides dans le dispositif de 30 prélèvement. 11l. Dispositif -selon l'une quelconque- des revendications--l à 9, caractérisé en ce que sont prévus des moyens électro-informatiques po-ur la commande selon le cycle désiré des vannes (Vl, V2, V3, V4, V5, V6, V7). 35