Brevet FR2643285A1 — publié le 19900824

La présente invention est relative & un procédé de filtration d'échantillons fluides, liquides ou gazeux, chargés de particules à analyser, notamment d'origine biologique, telles que des cellules ou des micro-organismes, en particulier constitués par des bactéries, des levures, des champignons filamenteux etc... ainsi que par des particules d'origine inorganique, d'amiante dans l'air par exemple, ou des molécules d'origine biologique, telles que des protéines. L'invention concerne également un dispositif de filtration permettant la mise en oeuvre de ce procédé. La recherche de particules dans un fluide se heurte fréquemment au problème du seuil de détection, notamment constitué par la concentration minimale, de ces particules dans le fluide pour permettre une détection directe ou indirecte de celles-ci. A cet effet, deux solutions sont envisageables: 1) augmenter le signal généré par les particules recherchées, ce qui présente des difficultés considérables dans la plupart des cas 2 > augmenter le volume d'échantillon à analyser. Cette seconde technique est fréquemment employée en utilisant les méthodes physiques de séparation, telles que la centrifugation et la filtration. Toutefois, il est difficile de concevoir la centrifugation analytique de volumes de l'ordre du litre d'échantillon. La filtration est la méthode la moins couteuse et la plus simple à mettre en oeuvre. On se heurte, cependant, très fréquemment, au contenu en particules non recherchées, ce qui entraîne un risque de contamination par des particules étrangères à l'analyse, ainsi qu'au risque de colmatage de la membrane filtrante, réduisant ainsi le volume total filtrable et donc le seuil de détection des particules recherchées. Par exemple, la fabrication de la bière se heurte parfois au problème de contamination par des bac té- ries. S'agissant d'une fermentation par des levures, le li quide contient des particules qui constituent des débris de levures, de céréales servant a la fabrication, des agrégats ie protéines, des colloides, etc... Or, les particules recherchées dans ce cas (bactéries) sont d'une faible taille et exigent l'emploi de filtres de porosité très basse ayant tendance à se colmater très rapidement, réduisant ainsi le volume total filtrable. La présente invention a pour objectif d'augmenter le rendement de filtration, donc le volume d'échantillons analysable et, partant, la sensibilité des méthodes de détection qui seront utilisées. La présente invention a pour objet un procédé de filtration d'échantillons fluides, liquides ou gazeux, chargés de particules à détecter, comprenant une étape d'isolement de ces particules à l'aide d'un filtre, lequel procédé est caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de décrochage des particules retenues par le filtre d'isolement par rapport à celui-ci, suivie d'une étape de concentration des particules ainsi décrochées du filtre d'isolement. Selon un mode de mise en oeuvre préféré du procédé de filtration conforme à l'invention, le décrochage des particules filtrées par le filtre d'isolement est obtenu par lavage de ce filtre d'isolement à l'aide d'un fluide, libre de toutes particules et sous pression, qui est dirigé sur le filtre d'isolement dans un sens contraire au sens de filtration de l'échantillon précité. Dans le cadre de la présente invention, on entend par fluide libre de toutes particules un fluide qui a été préalablement filtré de façon appropriée. Selon un autre mode de mise en oeuvre préféré du procédé de filtration conforme à l'invention, la concentration des particules décrochées du filtre d'isolement est obtenue à l'aide d'un deuxième filtre ayant une surface de filtration sensiblement plus petite que la surface de fil tration du filtre d'isolement et étant écarté par rapport & BR Selon une disposition avantageuse de ce mode de mise en oeuvre, le fluide de lavage du filtre d'isolement est -constitué par une solution ayant des caractéristiques qui diminuent les tensions de surface entre les particules retenues par le filtre d'isolement et ce dernier. La présente invention a également pour objet un dispositif de filtration comportant-un bloc inférieur et un bloc supérieur ainsi qu'un filtre, ce filtre étant destiné, d'une part, à être serré de façon étanche entre ces deux blocs et, d'autre part, à l'isolement de particules contenues dans un échantillon fluide, liquide ou gazeux, lequel dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de décrochage des particules dont est chargé le filtre d'isolement par rapport à celui-ci et un moyen de concentration des particules ainsi décrochées. Selon un mode de réalisation préféré du dispositif de filtration conforme à l'invention, le moyen de dé- crochage des particules dont est chargé le filtre d'isolement est constitué par un fluide de lavage, libre de toutes particules et sous pression, qui est dirigé sur le filtre d'isolement dans un sens contraire au sens de filtration par celui-ci, et le moyen de concentration est constitué par un deuxième filtre disposé à une certaine distance du filtre d'isolement et présentant une surface de filtration sensiblement inférieure par rapport à la surface de filtration du filtre d'isolement. Selon une disposition avantageuse de ce mode de réalisation, le filtre de concentration est disposé dans un logement axial ménagé dans un des deux blocs de serrage précités et est fixé à un moyen de support approprié. Outre les dispositions qui précèdent, l'invention comprend encore d'autres dispositions, qui ressortiront de la description qui va suivre. L'invention sera mieux comprise à l'aide du complément de description qui va suivre, qui se réfère aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue éclatée du dispositif de filtration selon l'invention ; - la figure 2 est une vue de dessous du bloc supérieur du dispositif de filtration illustré & la figure 1 - la figure 3 est une vue de dessus du bloc inférieur du dispositif de filtration illustré à la figure 1; - la figure 4 est une vue en coupe axiale du dispositif de filtration selon l'invention, les blocs composants étant assemblés l'un par rapport à l'autre, avec toutefois un écartement axial pour montrer la disposition entre ceux-ci du filtre d'isolement. Il doit être bien entendu, toutefois, que ces dessins et les parties descriptives correspondantes, sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention, dont ils ne constituent en aucune manière une limitation. Le dispositif de filtration 100 conforme à la présente invention (cf les figures l et 4) comporte un bloc transparent inférieur l et un bloc transparent supérieur 2, entre lesquels est destiné à être serré, de façon étanche, un filtre (ou une membrane filtrante) d'isolement 3. Le bloc inférieur l est réalisé sous la forme d'une cuvette destinée à recevoir le bloc supérieur 2, qui est sous la forme d'un cylindre sensiblement plein, alors que le bloc 1 est un cylindre creux. L'étanchéité du serrage du filtre d'isolement 3 est obtenue à l'aide de deux joints plats 4a et 4b, qui sont fixés, notamment par collage, sur un épaulement annulaire 5 de la surface interne du fond 10 du bloc inférieur l et sur le pourtour 6 de la base inférieure du bloc de serrage 2, respectivement. Le filtre d'isolement 3 est serré entre les deux blocs i et 2 par l'intermédiaire de# deux supports 7a et 7b (cf aussi la figure 4), qui sont constitués par deux grilles logées chacune dans l'espace délimité par chacun des joints plats 4a et 4b, respectivement, et réalisées par exemple en PVC) et qui viennent en appui contre les épaulements 5 et 6 précités des deux blocs de serrage 1 et 2, lorsque l'opération de serrage a lieu. Avantageusement, la première grille 7a est disposée de façon amovible à l'intérieur du joint d'étanchéité 4a, alors que la deuxième est fixée, notamment par collage, au joint d'étanchéité 4b. Une grille d'écoulement, de type connu des -techniciens en la matière, peut être placée notamment entre chaque face du filtre d'isolement 3 et chacune des grilles de support 7a et 7b, et ce pour permettre de répandre un échantillon liquide à analyser sur une plus grande surface du filtre et augmenter donc le rendement de filtration les deux grilles d'écoulement ainsi disposées sont représentées uniquement à la figure 4, où elles sont indiquées par les références numériques 30a et 30b. Un embout 8a, ménagé à la partie inférieure du bloc de serrage 1, permet d'introduire l'échantillon fluide chargé de particules qui doivent être filtrées -et donc isolées- par le filtre 3. Un autre embout, 8b, ménagé à la partie supérieure du bloc de serrage 2, permet d'évacuer l'échantillon fluide après la première filtration par le filtre 3 précité. Un clapet à billes lla (comportant une bille 12a et un ressort 13a) empêche un retour de l'échantillon fluide à l'intérieur du dispositif de filtration 100. Un troisième embout 9, lui aussi équipé d'un clapet à billes anti-retour llb (comportant une bille 12b et un ressort 13b), permet d'injecter une solution de lavage ou de rinçage sous pression dirigée sur le filtre d'isolement 3 dans un sens opposé à la direction de la première filtration. De préférence, il s'agit d'une solution ayant la capacité de décrocher les particules dont est charge le filtre d'isolement 3, de façon à détacher ces particules de celui-ci conjointement à l'action de la pression du fluide de rinçage. Bien qu'on ait utilisé deux embouts indépendants 8b et 9 pour la sortie de l'échantillon (après la première filtration) et l'arrivée de la solution de rin çage, respectivement, il est possible d'utiliser un seul embout alternativement pour la sortie de l'échantillon et l'arrivée du liquide de rinçage. En outre, bien qu'on n'ait pas représenté un récipient d'évacuation de l'échantillon après la première filtration, il va de soi qu'un tel récipient d'évacuation doit être prévu et qu'il peut être constitué soit par un simple évier soit par un récipient du type jetable, pour d'évidentes raisons de sécurité, le cas échéant, soit pour récupérer le liquide débarassé de ses particules. Les particules que le fluide de rinçage -nécessairement débarassé de toutes particules- détache du filtre d'isolement 3 sont véhiculées vers le fond 10 du bloc de serrage 1 (cf la figure 4). Dans ce fond est ménagé un évidement 15, qui est destiné à loger une deuxième membrane filtrante 20, portée elle aussi par un support spécial constitué par une bague 16, métallique (par exemple en laiton) ou en matière plastique. Egalement dans ce cas, le filtre 20 (qui est normalement souple, comme le filtre 3) est supporté par une grille 17 (cf la figure 4). Ce filtre 20 et son support 17 sont logés dans la bague 16 et maintenus en place par un collier fendu 19, faisant ressort, disposé à force à l'intérieur de la bague 16. Cette bague 16 peut comporter avantageusement une poignée 21 permettant une extraction facile de son logement 15. La disposition relative des embouts 8a, 8b et 9, ainsi que des joints d'étanchéité 4a et 4b, est visible aux figures 2 et 3. En faisant tout particulièrement référence â la figure 4, c'est-à-dire au dispositif de filtration conforme & l'invention à l'état monté (l'écartement axial entre les deux blocs transparents de serrage 1 et 2 du filtre d'isolement 3 vise à permettre de mieux apprécier la présence de ce filtre dans l'assemblage illustré), il est facile de comprendre que, lorsque l'échantillon fluide est introduit par l'embout 8a, la pression d'injection de cet échantillon est suffisante pour faire monter axialement la bague de support 16 du filtre 20, de manière à définir -autour de cette bague soulevée- un espace annulaire constituant une voie d'écoulement de prédilection pour l'échantillon, évitant ainsi le passage de celui-ci par le filtre 20, qui est essentiellement destiné à concentrer sur sa surface supérieure les particules isolées par le filtre 3 lors de la deuxième filtration, à savoir lorsque cellesci sont détachées de ce filtre à l'aide de la solution de lavage sous pression précitée, dirigée du haut vers le bas. L'annulation de l'écoulement de l'échantillon à filtrer fait retomber dans son logement la bague de support 16 avec son filtre de concentration 20, l'ensemble redevenant étanche grâce à un joint plat 28 disposé sur l'épaulement 29 de la paroi interne du logement 15 de la bague 16 (cf la figure 4).Dans ces conditions, lorsque le fluide de rin çage est injecté par l'embout 9 à l'intérieur du dispositif de filtration, ce liquide est dirigé, avec les particules détachées du filtre 3, vers l'axe et vers le fond du dispositif en question, de façon à passer essentiellement par la membrane de petite surface, à savoir le filtre de concentration 20, comme souhaité. De cette manière, les particules recherchées sont pratiquement toutes récupérées par ce filtre 20 et aucune perte de ces particules n'a lieu, ce qui augmente le rendement de la filtration en le maintenant à des valeurs relativement élevées. En ce qui concerne l'injection de l'échantillon fluide à filtrer, celle-ci peut avoir lieu à l'aide de différents moyens.Particulié rement avantageux est l'emploi d'une pompe péristaltique permettant, dans un premier temps, l'injection de l'échantillon et, dans un deuxième temps, par simple inversion du sens de rotation de la pompe, l'aspiration de la solution de lavage. Bien entendu, d'autres moyens d'injection peuvent être utilisés, notamment une simple seringue. Il est facile d'apprécier l'épaisseur relativement importante du fond du bloc transparent de serrage 1, ainsi que la hauteur du bloc transparent de serrage 2. Cet enco~brement axial relativement important est justifié par la nécessité de ménager, d'une part, le logement 15 pour la bague 16 de support du filtre de concentration 20 et, d'autre part, pour ménager les embouts d'entrée-sortie précités. Il va de soi que le serrage étanche entre les deux blocs 1 et 2 doit être assuré par des moyens appropriés, notamment par des vis (non représentées), qui sont destinées à être vissées dans des pas de vis 22 illustrés par transparence à la figure 1 et visibles également à la figure 3. Dans cette dernière figure, on note également la présence d'un orifice 23 destiné à recevoir l'extrémité supérieure d'une tige de support 24 (cf la figure 1) permettant de fixer de façon appropriée le dispositif de filtration selon l'invention. On peut également apprécier, -notamment aux figures 1 et 4, l'existence de portions de surfaces inclinées en forme d'entonnoir, telles que 25 et 26, qui sont des surfaces de raccordement, d'une part, entre l'épaulement annulaire 5 et le logement 15 de la bague de support 16 du filtre de concentration 20 et, d'autre part, entre l'épaulement 6 et le fond 27 du bloc de serrage 2, respec vivement. En ce qui concerne la porosité des deux filtres 3 et 20, celle-ci peut varier de 0,2 mm à 50 zm et dépend essentiellement du diamètre des particules à concentrer ainsi que de la filtrabilité de l'échantillon & analyser. Une autre application potentielle du dispositif est la séparation de protéines en solution, auquel cas des membranes ayant un pouvoir de coupure variant de 2 000 à 106 daltons sont utilisées. Le rapport entre la surface filtrante du filtre d'isolement 3 et celle du filtre de concentration 20 est un paramètre très important pour apprécier l'efficacité du procédé et du dispositif de filtration conformes à la présente invention. Par exemple, la double filtration -comportant une étape d'isolement suivie d'une étape de concentration (la distance entre les filtres d'isolement et de concentration est égale à 19 mm dans l'exemple représenté aux figures) -a permis de retenir, à l'aide d'un premier prototype du dispositif selon l'invention, les particules qui auraient été isolées sur une surface de 63,6 cm2 (en filtration simple) sur une surface réduite de 4,9 cm2, correspondant à une surface à analyser qui est environ 13 fois plus petite. Ceci nécessite par conséquent un temps 13 fois moins long et correspond à un volume filtrable 13 fois plus grand, et donc à une sensibilité 13 fois plus grande, pour une même surface à analyser.L'analyse se fait par les moyens classiques connus des techniciens en la matière, notamment par microscopie, analyse d'images, techniques immuno-enzymatiques et, avantageusement, par l'appareil objet de la Demande de Brevet au nom de la Demanderesse N FR-88 02 936. Dans un autre prototype réalisé par la Demanderesse le rapport entre les surfaces -filtrantes des filtres 3 et 20 a été 5 672 mm2 = - 18, 314 mm2 ce qui signifie que la concentration a été faite sur une surface filtrante environ 18 fois plus petite que celle du filtre d'isolement. Ce rapport peut être augmenté jusqu' 50 et même plus, la valeur de la limite supérieure de la plage de variation de ce rapport étant au moins égale à 250. En ce qui concerne la composition de la solution de lavage, celle-ci peut présenter par exemple les ca ractéristiques suivantes - tampon PBS pour 1 litre d'eau distillée . 8g de NaCI . 0,2g de KCl . 0,16g de KH2P04 . 1,20g de Na2HP04 pH=7,4 + Tween 20 0,2 % à 0,1 %. Grâce au procédé selon l'invention, il est possible de répéter le cycle de filtration sans qu'on ait besoin de remplacer le filtre d'isolement parce que les particules filtrées par celui-ci ont déjà été décrochées par la solution de lavage. Les applications du procédé et du dispositif de filtration selon l'invention sont nombreuses, notamment dans les domaines biomédical, pharmaceutique, alimentaire ainsi que de la fermentation et de la détection du degré de pollution des liquides ou atmosphérique. En particulier, on peut les utiliser pour la détection des bactéries contaminantes de la bière : il s'agit notamment des bactéries Lactobacillus et Pediococcus. Les brasseurs désirent détecter au moins une bactérie dans 100 ml de bière. Or, le dispositif objet de la présente invention permet de filtrer 1 000 ml de bière et de retenir sur un filtre d'isolement ayant une porosité de 0,45 zm la (ou les) bactérie(s) présente(s) dans l'échantillon. Dans un second temps, une solution de lavage sous pression permet de décrocher du filtre d'isolement la (ou les) bactérie(s) retenue(s) et de concentrer les microorganismes ainsi détachés sur le filtre de concentration, ayant une porosité de 0,2 zm par#exemple. La présence de la (ou des) bactérie( 8 ) sur le filtre de concentration est détectée par des techniques connues en soi, comme déjà évoqué plus haut. A l'aide du dispositif de filtration et de concentration, la Demanderesse a filtré, à titre d'exemple non limitatif, 300 ml de tampon phosphate contenant 500 levures. Les levures présentes sur le filtre de concentration ont été dénombrées1 ce qui a donné 475 cellules. Le rendement lors de cette expérience a été de 95 %. D'autres exemples d'application sont basés sur le même principe et visent à la détection de - spores de Cl ostridium tyrobutyricum dans le lait - coliformes dans les eaux de boisson - bactéries dans les urines - micro-organismes pathogènes aérosolisés; - particules d'amiante dans l'air, - Dinophysis ou autres micro-algues et plancton dans l'eau de mer ; et - protéines ou autres macromolécules solubles. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'intention ne se limite nullementbà ceux de ses modes de mise en oeuvre de réalisation et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus explicite ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière, sans s'écarter du cadre, ni de la portée, de la présente invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé de filtration d'échantillons fluides, liquides ou gazeux, chargés de particules à détecter, comprenant une étape d'isolement de ces particules d l'aide d'un filtre (3), lequel procédé est caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de décrochage des particules retenues par le filtre d'isolement (3) par rapport à celui-ci, suivie d'une étape de concentration des particules ainsi décrochées du filtre d'isolement. 2.- Procédé de filtration selon la revendication 1, caractérisé en ce que le décrochage des particules filtrées par le filtre d'isolement (3) est obtenu par lavage de ce filtre d'isolement à l'aide d'un fluide, libre de toutes particules et sous pression, qui est dirigé sur le filtre d'isolement (3) dans un sens contraire au sens de filtration de l'échantillon précité. 3.- Procédé de filtration selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la concentration des particules décrochées du filtre d'isolement (3) est obtenue à l'aide d'un deuxième filtre (20) ayant une surface de filtration sensiblement plus petite que la surface de filtration du filtre d'isolement (3) et étant écarté par rapport à ce dernier d'une distance appropriée. 4.- Procédé de filtration selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rapport entre les surfaces de filtration du filtre d'isolement (3) et du filtre de concentration (20) varie dans une plage dont la limite supérieure atteint la valeur d'au moins 250. 5.- Procédé de filtration selon la revendication 3, caractérisé en ce que le fluide de lavage du filtre d'isolement (3) est constitué par une solution ayant des caractéristiques qui diminuent les tensions de surface entre les particules retenues par le filtre d'isolement (3) et ce dernier. 6.- Dispositif de filtration comportant un bloc inférieur (1) et un bloc supérieur (2) ainsi qu'un filtre (3), ce filtre étant destiné, d'une part, à être serré de façon étanche entre ces deux blocs (1, 2) et, d'autre part, à l'isolement de particules contenues dans un échantillon fluide, liquide ou gazeux, lequel dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de décrochage des particules dont est chargé le filtre d'isolement (3) par rapport à celui-ci et un moyen de concentration des particules ainsi décrochées. 7.- Dispositif de filtration selon la revendication 6, caractérisé-en ce que le moyen de décrochage des particules dont est chargé le filtre d'isolement (3) est constitué par un fluide de lavage, libre de toutes particules et sous pression, qui est dirigé sur le filtre d'isolement (3) dans un sens contraire au sens de filtration par celui-ci, et en ce que le moyen de concentration est constitué par un deuxième filtre (20) disposé à une certaine distance du filtre d'isolement (3) et présentant une surface de filtration sensiblement inférieure par rapport a la surface de filtration du filtre d'isolement (3). 8.- Dispositif de filtration selon la revendication 6, caractérisé en ce que le filtre de concentration (20) est disposé dans un logement axial (15) ménagé dans un (1) des deux blocs de serrage précités (-1, 2) et est fixé à un moyen de support approprié (16). 9.- Dispositif de filtration selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen de support du filtre de concentration (20) est constitué par une bague (16) susceptible de suivre les mouvements d'écoulement de l'échantillon et de la solution de lavage.