Brevet FR2612639A1 — publié le 19880923

DOSEUR DE QUANTITES LIQUIDES VARIABLES DESCRIPTION La présente invention concerne un doseur de quantités Liquides variables, utilisabLe notamment pour le prélèvement et le dosage répétitifs d'échantillons. Les industries, notamment agro-alimentaire et médicales, font de plus en plus appel à des dosages multiples d'échantillons liquides dans le but de vérifier des taux de contamination ou la présence de certains corps. C'est ainsi en particulier qu'on examine le lait, Le sang ou des serums. De tels échantillons, contenus dans des récipients tels que des tubes à essai, se suivent sur une channe et défilent devant des pipettes qui assurent un prélèvement avant de se retirer et de déposer Le liquide prélevé dans des réseaux de petites cuves qui seront ensuite le siège de réactions de caractérisation à l'aide de réactifs chimiques ou de rayonnements. La qualité essentielle d'un tel appareil réside avant tout dans la constance de la quantité d'échantillons prélevés ainsi que dans la rapidité d'exécution du prélèvement et du dépôt. D'après certains dispositifs commercialisés, les pipettes réalisent l'aspiration et le dépôt au moyen du déplacement de pistons commandés électriquement par un microordinateur. Cette solution présente l'inconvénient de nécessiter des réglages fréquents et d'être de toute façon peu précise quand on préLève de petits volumes de liquide. C'est pourquoi la demanderesse a déjà développé un système à commande pneumatique d'après Lequel la course du piston est limitée axialement à l'intérieur d'une chambre. Le volume prélevé est alors défini par le débattement du piston. Il en résulte une très grande fiabilité du système et une cadence d'exécution rapide, mais le volume prélevé ne peut plus être modifié et L'appareil ne peut donc être utilisé que pour des manipulations bien déterminées. La présente invention permet de supprimer cet inconvénient : le piston se déplaçant dans une chambre apparaît toujours, mais sa course est limitée, directement ou indirectement, par une butee réglable. Plus précisément, L'invention concerne un doseur de quantités liquides variables par au moins une pipette, comprenant une tige à laquelle est fixé un piston, la tige étant mobile axialement par déplacement du piston dans une chambre et possédant une extrémité qui coulisse dans une partie de pipette fixe par rapport à la chambre et provoque ainsi l'aspiration ou le rejet de liquide, caractérisé en ce qu'il comprend une butée réglable limitant dans un sens la mobilité de la tige. Dans une réalisation possible de l'invention, La butée réglable agit sur l'extrémité de la tige opposée à la pipette. Avantageusement, elle agit par l'intermédiaire d'un cylindre déplaçable par rapport à un second piston solidaire de la tige. En outre, un autre piston déplaçable dans une autre chambre et qui limite la mobilité de la tige dans le sens opposé à celui de la butée peut également être prévu. On va maintenant décrire plus concrètement l'invention à l'aide des figures suivantes, donnees à titre illustratif et nullement limitatif - la figure 1 représente, principalement en coupe diamétrale, les composants essentiels de l'appareil objet de l'invention, - la figure 2 explique le fonctionnement de l'invention, - la figure 3 est un détail agrandi de la figure 2, - la figure 4 est un schéma de l'appareil dans lequel L'invention est insérée. La figure 1 représente tout d'abord des tubes à essai 1 dans chacun desquels plonge l'extrémité d'une pipette 2. Ici, les tubes à essai 1 et les pipettes 2 sont au nombre de quatre, ce qui est indifférent pour la mise en oeuvre de l'invention. Les pipettes comprennent chacune un raccord flexible 3 permettant de faire varier leur position vis-à-vis de parties fixes de l'installation. Les raccords flexibles 3 doivent présenter un volume intérieur constant afin de permettre des prélèvements et des dépôts precis, ce qui revient à dire que leur section doit être à peu près indéformable. Les pipettes 2 se prolongent par des perçages 4 dans un bâti fixe 5. Des aiguilles 6 solidaires d'une tige 7 sont mobiles axialement dans ces perçages 4. Les aiguilles 6 sont correctement guidées par glissement d'un curseur 8 qui leur est solidaire sur des glissières 9. Sur le bâti 5 est fixé un cylindre 10 comprenant deux chambres : une chambre de prélèvement 11 et une chambre de vidange 12. Ces chambres communiquent, sont cylindriques et coaxiales et sont délimitées par un épaulement 13. La chambre de vidange 12 possède un diamètre plus grand et est située plus près des perçages 4 des pipettes 2. Dans le mode de réalisation représenté, ces perçages 4 sont situés en haut de l'installation et le cylindre 10 ainsi que la tige 7 sont verticaux. Le cylindre 10 est fermé à son extrémité supérieure par un sommet 14 et à son extrémité inférieure par un culot 15 que la tige 7 traverse tous deux. La tige 7 peut donc coulisser dans le cylindre 10. Elle comprend en outre un piston de prélèvement 16 qui lui est solidaire et coulisse dans la chambre de prélèvement 11 avec un léger jeu. Un premier joint torique d'étanchéité 17 est ménagé sur le pourtour du piston de prélèvement 16 et délimite deux volumes variables à L'intérieur du cylindre 10, audessus et en-dessous du piston de prélèvement 16. Un piston de vidange 18 est constitué essentiellement de deux parties cylindriques coaxiales : une partie de plus grand diamètre 27 qui coulisse dans la chambre de vidange 12 avec un léger jeu et une partie de plus petit diamètre 28 qui coulisse à La fois dans la chambre de vidange 12 (sans contact avec celleci) et dans le haut de la chambre de prélèvement 11 (avec un léger jeu). Le piston de vidange 18 est evidé de manière à ce que la tige 7 puisse le traverser et coulisser axialement par rapport à lui. Il est équipé de trois joints toriques : un premier joint 26 en contact avec la tige 7, un deuxième joint 19 en contact avec la paroi latérale de la chambre de prélèvement 11 et un troisieme joint 20 en contact avec la paroi latérale de la chambre de vidange 12.Enfin, La course axiale du piston de vidange 18 est limitée par le sommet 14 et par l'épaulement 13 séparant les deux chambres de vidange 12 et de prélèvement 11. La tige 7 débouchant du culot 15 est terminée à son extremite inférieure par un piston d'aspiration complémentaire 30 plongeant et coulissant avec un leger jeu dans une chambre d'aspiration 32 d'un cylindre d'aspiration 31 mobile verticalement. Le piston d'aspiration 30 comprend un quatrième joint torique 33 en contact avec la paroi latérale de la chambre d'aspiration 32, et son débattement est limité par une paroi inferieure 43 et une paroi supérieure 44 de celle-ci. Le cylindre d'aspiration 31 est maintenu en rotation par rapport à la tige 7 à l'aide d'une coulisse 34 fixée au cylindre 10 qui traverse un perçage vertical 25 à sa périphérie. Il présente en outre sur sa surface inférieure une butée fixe 35. Un plateau 36 tournant autour d'un support 37 solidaire du bâti 5 est garni de butées réglables en hauteur disposées sur un cercle autour de son axe de rotation. Ces butées réglables sont référencées par les références 38, 38' et 38" sur la figure 1, mais leur nombre peut être quelconque. Selon l'invention une de ces butées, ici 38, est située à la verticale de la butée fixe 35 et est susceptible d'entrer en contact avec elle à la suite d'un mouvement de translation de La tige 7. Le placement d'une butée determinée telle que 38 à la verticale de la butée fixe 35 s'effectue au moyen d'un motoréducteur 42 piloté par un micro-ordinateur et d'un ensemble de détecteurs de proximité 41 solidaires du support 37. Quand le plateau tournant 36 est mis en rotation à L'aide du motoréducteur 42, il entrasse avec Lui une came de réglage circonférentielle 39 garnie de plots 40. A chaque butée 38 est associee une configuration de plots 40 déterminée qui viennent chacun en face d'un détecteur de proximité 41. L'ensemble des infornations collectées par les détecteurs de proximité 41 équivaut à un codage de position angulaire qui est transmis au microordinateur.Quand la configuration correspondant à la butée souhaitée a été repérée, la rotation du notoréducteur 42 est arrêtée. L'explication du fonctionnement de l'appareil selon L'invention oblige à introduire un certain nombre de notations Qui apparaissent sur la figure 2. On appelle volume inférieur d'aspiration et on note VIA le volume de la chambre d'aspiration 32 limité par le quatrième joint torique 33 du piston d'aspiration 30 et par la paroi inférieure 43 du cylindre d'aspiration 31. Le volume inférieur de prélèvement ou VIP est limité par le culot 15 et par le premier joint torique 17 du piston de prélèvement 16 dans la chambre de prélèvement 11, et le volume supérieur de prélèvement ou VSP est limité par le premier joint torique 17 et par le deuxième joint torique 19 du piston de vidange 18 dans la chambre de prélèvement 11. Enfin, le volume inférieur de vidange ou VIV est limité essentiellement dans la cambre de vidange 12 par les deuxième et troisième joints toriques 19 et 20 du piston de vidange 18.Ce volume est variable avec le déplacement du piston à cause de L'épaulement 13 entre les deuxième et troisième joints 19 et 20 et le volume supérieur de vidange ou VSV est limité dans la chambre de vidange 12 par le sommet 14 et par le troisième joint torique 20. Ces cinq volumes communiquent chacun par L'intermédiaire d'un perçage (noté respectivement PIA, PIP, PSP, PIV et PSV) avec des conduits d'air non représentés qui permettent, sous l'impulsion du micro-ordinateur, une commande pneumatique du déplacement des différents pistons dans les différentes chambres. Les paramètres importants pour le fonctionnement de l'installation sont La distance d entre la butée fixe 35 et la butee réglable 38 qui lui fait face, la distance d entre le 2 piston d'aspiration 30 et la paroi inférieure 43 et la distance d entre le sommet 14 et le piston de vidange 18. Ces trois 3 distances peuvent varier entre une valeur nulle et une valeur maximale, à l'intérieur d'une course de prélèvement, d'une course d'aspiration et d'une course de vidange respectivement. Avant de procéder à un prélèvement, les pipettes 2 se trouvant alors au-dessus des tubes à essai 1, le piston de vidange 18 est en contact avec le sommet 14 (d =0), le piston de 3 prélèvement 16 est en contact avec le piston de vidange 18 et Le piston d'aspiration 30 est en contact avec la paroi superieure 44 (d est maximal). 2 Les pipettes 2 plongent ensuite dans les tubes à essai 1. Le piston de prélèvement 16 est abaissé par entrée d'air dans le volume VSP par le perçage PSP jusqu'à ce que la butee fixe 35 entre en contact avec la butée réglable 38 (d =0), le piston d'aspiration 30 restant en contact avec la surface supérieure 44 : la tige 7 est animée d'un mouvement axial vertical et descendant, de sorte que les aiguilles 6 sont partiellement extraites des perçages 4. l'air contenu dans les pipettes 2 est alors déplacé, ce qui entrasse le prélèvement d'un volume de prélèvement V de liquide des tubes à essai 1 dans les pipettes 2, comme le représente la figure 3. Les pipettes 2 sont alors soulevées des tubes à essai 1. Cependant, une gouttelette s'est formée par capillarité à leur extrémité inférieure, qui est susceptible de tomber quand les pipettes 2 vont etre mises en mouvement en direction des cuves ou s'effectuent les réactions de caractérisation. Une telle chute est d'autant plus indésirable que le liquide ainsi perdu pourrait tomber sur une autre cuve que celle pour laquelle il a été prévu, viciant ainsi les mesures.C'est pourquoi on fait echapper l'air contenu dans le volume VIA de façon à abaisser le piston d'aspiration 30 dans la chambre d'aspiration 32, les butées fixe 35 et réglable 38 restant en contact, et ceci jusqu'à ce que le piston d'aspiration 30 entre en contact avec la paroi inférieure 43 (d =0). Il en resulte que Les aiguilles 6 sont encore 2 davantage extraites des perçages 4 et qu'un volume d'aspiration V est aspiré. Ce volume comprend un volume liquide V constitué 2 21 de la goutte qui s'était formée par capillarité et un volume d'air V2 . Le volume V21 et le volume de prélèvement V sont 2g 1 jointifs. Dans l'invention et contrairement à un dispositif de l'art antérieur mentionne plus haut, le piston de prélèvement 16 n'entre jamais en contact avec le culot 15. Les pipettes 2 sont amenées au-dessus des cuves où vont s'effectuer les réactions de caractérisation, et il s'agit maintenant d'y déposer une quantité déterminée de liquide d'échantillon. Dans ce dessein, on injecte de l'air dans le volume VSV par le perçage PSV, si bien que le piston de vidange 18 se déplace vers le bas jusqu a ce que sa partie de plus grand diamètre 27 entre en contact avec l'épaulement 13 (d maximal). 3 Puis on fait pénétrer de l'air dans le volume VIP par le perçage PIP et la tige 7 se déplace vers le haut jusqu'à ce que le piston de prélèvement 16 entre en contact avec le piston de vidange 18 sans le déplacer. Les aiguilles 6 pénètrent dans les perçages 4 et refoulent ainsi un volume V +V, où V est une partie de V1, 2 dans les cuves de réaction. Le déplacement préliminaire du piston de vidange 18 vers le bas fait qu'il reste dans les pipettes 2 un volume V 3 (égal à V +V -V) de liquide d'échantillon. La justification de ce 12 procédé est liée au fait que les pipettes 2 doivent être lavées entre chaque prélèvement. Elles sont plongées dans un liquide de lavage dont une partie demeure sur les pipettes 2 et y adhère par capillarité. Quand le prélèvement a lieu, les gouttelettes de liquide de lavage sont aspirées elles aussi et tendent à se mélanger avec la partie supérieure du liquide d'échantillon prélevée. On estime donc qu'un volume W inférieur à V est 3 inutilisable pour les mesures ; il n'est donc pas déposé et est provisoirement conservé dans les pipettes 2. La quantité de liquide d'échantillon que l'on a déposée est egale à V+V . Elle est parfaitement connue : V dépend des 21 dimensions de l'appareillage et en particulier du débattement possible de la tige 7 entre la butee réglable 38 et le piston de vidange 18 ; V dépend quant à lui des propriétés de capillarité 21 du liquide prélevé, il est donc invariable et peut être déterminé expérimentalement. Le réglage en hauteur de la butée 38, ou encore le choix d'une autre butée telle que 38' ou 38" réglée à une hauteur différente d' ou d" , permet de modifier le volume V et donc de varier les manipulations de dosage, ce qui constitue un grand avantage technique. Les opérations suivantes consistent à insuffler de l'air dans le volume VIA de manière à abaisser le cylindre d'aspiration 31 jusqu'à ce que la paroi supérieure 44 entre en contact avec le piston d'aspiration 30 (c'est la configuration représentée sur les figures 1 et 2), ainsi qu'à déplacer le piston de prélèvement 16 et le piston de vidange 18 - qui restent en contact - vers le haut jusqu'à ce que ce dernier entre en contact avec le sommet 14. A cet instant, les pipettes 2 se trouvent dans une installation de décontamination dans laquelle elles déversent le volume liquide V qu'elles contenaient encore. 3 Leur surface extérieure est nettoyée par lavage et par ultrasons, et leur volume intérieur est parcouru par un courant d'air issu de tuyaux de soufflement 47 représentés sur la figure 1 et qui pénetrent dans les pipettes 2 en aval des aiguilles 6. Un dispositif non représenté ici, tel qu'un tiroir ou un robinet, met tour à tour les pipettes 2 en liaison avec les tuyaux de soufflement 47 lors du nettoyage, et avec les perçages 4 lors du prélèvement, de l'aspiration et de la vidange. Les pipettes 2 sont ensuite extraites et un nouveau prélèvement peut être effectué. La figure 4 represente L'ensemble de l'installation employee. Les tubes à essai 1 circulent sur un convoyeur linéaire 48 et les pipettes 2 sont véhiculées sur un bloc support 52 anime de mouvements verticaux et transversaux amenant les pipettes 2 tour à tour au-dessus du réseau de cuves 49 et des tubes à essai 1 avant de les plonger dans ceux-ci. Le bloc support 52 est equipe de dispositifs non représentés ici permettant de faire varier l'écartement des pipettes 2. L'installation de décontamination comprend avant tout un bac 50 parcouru par un courant d'eau. Un micro-ordinateur 51 gère l'ensemble des essais. Il commande en particulier leur début, leur arrêt et le changement de la butée réglable 38 utilisée au moyen de la came de réglage circonferentielle 39. L'invention représente donc un perfectionnement important de ces machines de prélèvement d'échantillons travaillant à une cadence élevée, car elle leur confère une souplesse d'utilisation qu'elles ne possédaient pas auparavant. REVENDICATIONS 1. Doseur de quantités Liquides variables par au moins une pipette (2), comprenant une tige (7) à laquelle est fixé un piston (16), la tige (7) étant mobile axialement par déplacement du piston (16) dans une chambre (11) et possédant une extrémité (6) qui coulisse dans une partie (4) de pipette (2) fixe par rapport â La chambre (11) et provoque ainsi L'aspiration ou le rejet du liquide, caractérisé en ce qu'il comprend une butée réglable (38) limitant dans un sens la mobilité de la tige. 2. Doseur de quantités Liquides variables selon la revendication 1, caractérisé en ce que la butée réglable (38) agit sur L'extrémité de la tige (7) oppose à la pipette (2). 3. Doseur de quantités Liquides variables selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la butée réglable (38) agit sur la tige (7) par l'intermédiaire d'un cylindre (31) déplaçable par rapport à un second piston (30) solidaire de la tige (7). 4. Doseur de quantités liquides variables selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un autre piston (18) déplaçable dans une autre chambre (12) et qui limite la mobilité de la tige (7) dans le sens oppose à celui de la butée. 5. Doseur de quantités liquides variables selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que Les pistons (16, 18, 30) se déplacent dans les chambres (11, 12) et/ou vis-à-vis du cylindre (31) par des commandes pneumatiques (P). 6. Doseur de quantités Liquides variables selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un plateau (36) déplaçable par rapport à la tige (7) de maniere à limiter la mobilité de celle-ci au moyen de l'une quelconque d'une pluralité de butées réglables (38, 38', 38").