Brevet FR2724249A1 — publié le 19960308

La présente invention concerne un dispositif de lecture d'une bande électrophorétique, ce dispositif étant plus spécialement destiné à des expérimentations à caractère pédagogique, principalement dans les lycées et autres établissements d'enseignement. On connaît le phénomène de l'électrophorèse qui, dans le domaine de la chimie analytique, consiste en un déplacement, sous l'effet d'un champ électrique, de macromo lécules, de particules, de grains chargés en solution ou en émulsion. En analyse chimique, on pratique l'électrophorèse selon deux modes principaux l'électrophorèse "en veine liquide", dans laquelle la migration des particules se fait librement dans un liquide donné, et l'électrophorèse "de zone", dans laquelle la migration a lieu dans un liquide mis sur un support approprié. Dans le cas de l'électrophorèse de zone (ou micro-électrophorèse), qui fait l'objet de la présente invention, on utilise pour la migration et l'analyse des protéines sériques un support solide : gel d'agar-agar, gel d'amidon, ou le plus souvent bande de papier ou d'acétate de cellulose.Dans l'électrophorèse sur papier, qui constitue la manipulation la plus simple à mettre en oeuvre, on applique aux extrémités d'une bande de buvard imprégnée par une solution tampon un courant électrique pendant un certain temps, puis on sèche la bande et on colore par un réactif approprié les substances qui se sont réparties en taches dont l'opacité est proportionnelle à la quantité de chaque constituant. On mesure chaque opacité avec un électrophotomètre, et on établit un diagramme indiquant la nature et la concentration de chacun d'eux. Pour mémoire, on rappelle que l'électrophorèse, notamment sur papier, est largement utilisée en médecine pour la séparation et le dosage des différentes fractions des protéines du sérum sanguin. Il apparaît donc intéressant de concevoir un moyen de démonstration capable de mettre en évidence de façon simple et didactique le phénomène d'électrophorèse, notamment pour illustrer le type de dosage précité, dans un cadre pédagogique. Parmi les dispositifs existants de lecture de bandes électrophorétiques, on distingue trois principaux types d'appareils. Tout d'abord, on trouve les appareils à usage professionnel, aux performances élevées tant par la précision de lecture du dosage réalisé que par la rapidité et la simplicité d'obtention des résultats. Dans ce type d'appareil, aucune manipulation n'est nécessaire de la part de l'opérateur et il suffit à celui-ci d'introduire la bande dans l'appareil et de lire, après quelques instants, les résultats du dosage donnés par le dispositif de façon entièrement automatique. Ce type d'appareil est très onéreux et encombrant, il n'est bien évidemment pas utilisable dans un cadre pédagogique telle qu'une classe de lycée ou de tout autre établissement d'enseignement. On connaît un second type de dispositif de lecture dit à balayage, moins sophistiqué, dans lequel un chariot mobile en translation sur un rail de guidage ou une vis sans fin, et équipé d'une source lumineuse et d'un capteur associé, se déplace en regard d'un support pour une bande électrophorétique. En général, le déplacement ou balayage du chariot s'effectue à vitesse constante, et l'on mesure alors au moyen d'une horloge la position du chariot le long de la bande. Pendant le déplacement du chariot, la source lumineuse éclaire la bande et le capteur associé mesure l'intensité lumineuse réfléchie par la bande. Cette mesure peut être combinée à la mesure de la position linéaire du chariot mobile le long de la bande pour établir un diagramme indiquant les variations d'opacité le long de la bande.Ce diagramme est en général réalisé au moyen d'une unité de traitement électronique telle qu'un ordinateur. Dans d'autres cas, on se contente de repères prévus le long de la bande et servant à localiser directement, grâce aux expériences déjà réalisées, une zone particulière de la bande qui présente seule un intérêt pour l'analyse le chariot est alors directement amené à cette zone pour la lecture correspondante. Ce genre de dispositif, bien que nettement moins cher que les dispositifs professionnels précédentes, ne donne lieu qu'à des interventions manuelles limitées, et ne conviendrait pas pour des démonstrations à but pédagogique. En outre, l'encombrement et le prix de ce genre d'appareil sont prohibitifs pour une utilisation individuelle ou quasiindividuelle en travaux pratiques. On connaît enfin des scanners analytiques à main du type du scanner d'image, normalement utilisés en bureautique et adaptés, au moyen d'un logiciel approprié, à la lecture individuelle ou multiple des bandes électrophorétiques. On rappelle, que dans de tels scanners, une source lumineuse linéaire, qui est en général extérieure au scanner lui-même, illumine la bande électrophorétique. La lumière réfléchie par la ou les bandes électrophorétiques à lire est reçue par un capteur CCD comportant une ligne de cellules photo-électriques (environ 2000). Le signal reçu par chacune de ces cellules est proportionnel à l'intensité lumineuse reçue et est envoyé à une unité de traitement électronique qui est en général un micro-ordinateur. Ce scanner comporte de plus un rouleau qui roule sur la ou les bandes pour mesurer le déplacement du scanner.Cette mesure est communiquée au micro-ordinateur pour être combinée par lui avec les mesures de l'intensité lumineuse reçue par le capteur CCD et en déduire ainsi le diagramme d'opacité de la bande. Ce type de dispositif présente un intérêt certain, dans la mesure où il peut être manipulé à la main. Cependant son coût est encore relativement élevé, c'est-à-dire comparable à celui d'un dispositif de lecture à balayage tel que précité. De plus, le scanner analytique, qui est à l'origine destiné à la lecture d'images ou de textes, n'est pas parfaitement adapté à une lecture précise et rapide d'une bande électrophorétique.Dans un cadre de démonstration à but pédagogique, ce manque d'adaptation du dispositif à l'expérimentation réalisée risquerait d'être à l'origine d'une mauvaise compréhension de la manipulation, voire du phénomène étudié dans son ensemble, de la part de l'élève ou de l'étudiant qui effectue la manipulation. En effet, les quelques 2 000 cellules photoélectriques contenues dans le capteur CCD sont en réalité ici largement surabondantes, dans la mesure où l'on s'intéresse à une simple lecture linéaire suivant la direction longitudinale de la bande. Enfin, le traitement des signaux issus de toutes les cellules du capteur CCD réclame un temps de traitement important, ce qui ralentit la vitesse de déplacement maximum du scanner sur la bande. Le but de la présente invention est de réaliser un dispositif de lecture électrophorétique qui soit de structure simple et bon marché, permettant une expérimentation vivante sur le plan pédagogique et directement exploitable par le lycéen qui effectue la manipulation, et effectuant une analyse simple et rapide de la bande. En vue de la réalisation de ce but, on prévoit selon l'invention un dispositif de lecture d'une bande électrophorétique par mesure des variations d'opacité des substances présentes sur la bande comportant - un boîtier déplaçable manuellement sur la bande - un galet de roulement monté dans le boîtier et relié à un mécanisme odométrique servant à mesurer le déplacement linéaire du boîtier sur la bande selon la longueur de celleci - au moins une source lumineuse ponctuelle à largeur de spectre d'émission étroite, constituée par une diode électroluminescente qui est montée dans le boîtier pour émettre un rayon lumineux en direction de la bande, et un capteur optique associé monté pour recevoir la partie réfléchie du rayon lumineux émis, ledit capteur délivrant un signal électrique correspondant à l'intensité lumineuse de cette partie réfléchie et servant, en combinaison avec la mesure du déplacement linéaire, à établir les variations d'opacité de la bande sur toute sa longueur. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le rayon lumineux émis par la diode électro-luminescente est de couleur ambre, c'est-à-dire dont les longueurs d'onde sont comprises dans un intervalle centré sur 590 nanomètres environ. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention la diode électro-luminescente et le capteur sont agencés suivant un axe commun sensiblement perpendiculaire au socle du boîtier, ledit capteur ayant une partie centrale active de surface inférieure à la section du rayon. Il sera possible de prévoir une diode unique, ou en variante plusieurs diodes électro-luminescentes émettant des rayons lumineux de couleurs différentes. Par exemple, on utilisera trois diodes électro-luminescentes, dont une rouge, une bleue et une jaune. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier et non limitatif, en liaison avec les figures en annexe, parmi lesquelles - la figure 1 est une vue en perspective, avec arraché, du dispositif de lecture électrophorétique de la présente invention - la figure 2 est une vue en élévation du dispositif de la figure 1 disposé sur une bande électrophorétique, en position de lecture, et relié à un micro-ordinateur pour l'exploitation de la lecture réalisée - la figure 3 est une vue de détail du capteur optique du dispositif de lecture des figures 1 et 2. En référence à la figure 1, le dispositif de lecture d'une bande électrophorétique 1 comportant des taches T d'opacité variable comporte un boîtier 3 qui est ici constitué d'une base ou socle 5, de deux parois longitu dinales 7a et 7b et d'un couvercle 9 en forme générale de U. Un galet de roulement 11 est monté dans le boîtier 3 pour pivoter autour d'un axe 13 sensiblement parallèle au plan du socle 5, en passant partiellement dans une ouverture 15 ménagée dans le socle 5 du boîtier, de telle sorte que la partie inférieure de sa périphérie dépasse légèrement à l'extérieur du boîtier 3, comme cela est mieux visible à la figure 2. Sur cette figure 2, on distingue également le support S sur lequel est posée la bande électrophorétique 1, ce support pouvant par exemple être une simple feuille de papier blanc sur laquelle la bande est fixée. Le galet de roulement 11 est relié à un mécanisme odométrique servant à mesurer le déplacement linéaire du boîtier 3 dans la direction longitudinale de la bande électrophorétique. On a prévu ici une roue de friction 17 dont la périphérie est en contact avec celle du galet 11 qui l'entraîne ainsi par friction. La roue 17 est montée dans le boîtier 3 pour tourner autour d'un axe 19 sensiblement parallèle à l'axe 13. La roue 17 est solidaire d'une roue d'encodeur 21 de même axe, présentant une denture périphérique 23. Cette denture 23 passe entre les branches d'une fourche photo-électrique 25 au travers de laquelle circule un rayon lumineux qui est coupé à chaque passage d'une des dents de la denture 23.La fourche 25 est reliée à une carte électronique 27 qui réalise un comptage incrémental de chaque coupure et de chaque rétablissement du rayon lumineux entre les branches de la fourche 25. Comme l'angle entre chaque dent 23 de la roue 21 est connu, ainsi que les diamètres exacts de la roue de friction 17 et du galet de roulement 13, la carte électronique 27 peut déterminer avec précision, en fonction du nombre de dents et de creux qui sont passés devant le faisceau lumineux de la fourche 25, la mesure du déplacement linéaire du boîtier 3 sur la bande 1 selon la longueur de celle-ci. Cette information est transmise, via un cordon électrique 29 et une éventuelle interface intégrée ou non au micro-ordinateur 31, à une unité de traitement électronique, qui est ici un micro-ordinateur 31. Sur la carte électronique 27, est par ailleurs montée une diode électroluminescente (ou LED) 33 qui constitue une source lumineuse ponctuelle à largeur de spectre d'émission étroite. La diode 33 émet, suivant son axe optique 34, un rayon lumineux qui est par exemple de couleur ambre, c'est-à-dire dont les longueurs d'onde sont situées dans une plage de l'ordre de 40 nanomètres de largeur et centrée sur 590 nanomètres environ. La diode 33 est disposée en regard d'une fente 35 ménagée dans le socle 5, son axe optique 34 étant sensiblement perpendiculaire au plan du socle 5. Un capteur photo-électrique 37 est disposé entre la diode 33 et la fente 35, en regard de cette fente, et est raccordé à la carte électronique 27 qui amplifie le signal issu de ce capteur et le transmet, via le cordon 29, au micro-ordinateur 31. Dans l'exemple illustré, le capteur 37 est disposé sur l'axe 34 de la diode. Cette disposition coaxiale de la diode et du capteur permet de garantir un éclairage constant de la bande et du capteur, et de simplifier en outre notablement la structure du dispositif. Il convient cependant d'agencer le capteur de telle façon qu'il laisse passer une partie suffisante du rayon émis par la diode en direction de la bande. En l'espèce, le capteur présente à cet effet une partie centrale active de surface sensiblement plus petite que la section du rayon lumineux émis par la diode 33. Comme cela est mieux visible à la figure 3, le capteur 37 est plus précisément constitué d'une partie centrale active 39 qui est une cellule photo-électrique ou une puce encastrée dans une enveloppe 41 de matériau transparent, par exemple du plastique. Pour réaliser la lecture de la bande électrophorétique 1, on déplace simplement le boîtier 3 suivant la direction longitudinale de la bande 1 en faisant rouler le galet 11 sur la bande. On pourra prévoir une marque 50 sur la face extérieure du boîtier, qui correspond au plan de l'axe optique 34 de la diode 33, pour faciliter le positionnement initial du dispositif au niveau du bord de la bande 1. A la figure 2, on a noté A la direction de déplacement, dont le sens a été choisi arbitrairement et pourrait aussi bien être inversé. Le roulement du galet 11 provoque la rotation de la roue 17 autour de son axe 19, l'entraînement s'effectuant sans glissement dans la zone de friction entre la roue 17 et le galet 11.La roue 21, qui est solidaire de la roue 17 tourne donc autour de l'axe 19 et sa denture périphérique 23 défile entre les branches de la fourche 25, la carte électronique 27 assurant le comptage incrémental de chaque passage de dents et de creux devant le rayon lumineux qui s'étend entre les branches de la fourche 25. Le comptage ainsi réalisé est directement proportionnel au déplacement linéaire du boîtier 3 sur la bande 1 et c'est la mesure de ce déplacement qui est transmise par la carte électronique 27 au microordinateur 31 via le cordon électrique 29. Simultanément, la diode 33 illumine la bande 1 par son rayon lumineux qui traverse la partie périphérique de l'enveloppe transparente 41 et passe à travers la fente 35. La partie réfléchie de ce rayon lumineux traverse la même fente 35 en sens inverse pour éclairer la partie centrale active 39 du capteur 37. Le capteur ainsi éclairé délivre un signal électrique correspondant à l'intensité lumineuse de la partie réfléchie du rayon lumineux émis par la diode 33, signal qui est transmis, après amplification par la carte électronique 27, au micro-ordinateur 31, via le cordon électrique 29. Le micro-ordinateur 31 combine alors la mesure du déplacement linéaire issu du mécanisme odométrique avec la mesure d'intensité lumineuse donnée par le capteur 37 pour établir les variations d'opacité de la bande 1 sur toute la longueur de celle-ci. Ce diagramme apparaissant sur l'écran du micro-ordinateur est alors directement exploitable pour apprécier la nature et la concentration des substances présentes sur la bande. Eventuellement, on pourra faire appel à un diagramme de référence préétabli, sur lequel vient se superposer le diagramme obtenu pour une appréciation relative des paramètres mesurés. On est ainsi parvenu à réaliser un dispositif de lecture de bande électrophorétique dont la structure est très simple et peu onéreuse à réaliser, et qui est aisément manipulable par un lycéen, avec une convivialité optimale dans l'appréciation des mesures qui sont d'une très bonne précision. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit, mais englobe au contraire tout dispositif reprenant, avec des moyens équivalents, les caractéristiques essentielles énoncées ci-dessus. Par exemple, même s'il a été décrit un dispositif utilisant une seule diode lumineuse de couleur ambre, il est bien entendu possible d'utiliser une diode émettant un rayon lumineux d'une autre couleur. Selon une autre variante plus élaborée, on pourra prévoir de disposer plusieurs diodes de couleurs différentes associées à un commutateur de sélection permettant de choisir, en fonction des substances en présence et des marqueurs utilisés, une couleur d'éclairage bien adaptée. De même, dans le dispositif décrit, le galet de roulement était en contact physique avec la bande électrophorétique. Mais il va de soi que l'on pourra prévoir d'autres variantes dans lesquelles le galet ou tout autre organe de roulement analogue roulerait sur une platine de support de la bande et non sur la bande elle-même. On comprend à ce propos que, même s'il a été fait état d'un déplacement "sur" la bande, ce déplacement s'effectue dans la pratique à de petites distances de la bande, sans qu'il y ait nécessaire ment contact physique avec celle-ci. Enfin, bien que dans l'exemple présenté, on ait défini un dispositif de lecture d'une bande électrophorétique, le dispositif de l'invention peut bien entendu être utilisé pour la lecture d'autres supports électrophorétiques tels qu'un gel. REVENDICATIONS 1. Dispositif de lecture d'une bande électrophorétique (1) par mesure des variations d'opacité des substances présentes sur la bande (1), caractérisé en ce qu'il comporte: - un boîtier (3) déplaçable manuellement sur la bande (1) ; - un galet de roulement (11) monté dans le boîtier (3) et relié à un mécanisme odométrique (21, 23, 25) servant à mesurer le déplacement linéaire du boîtier (3) sur la bande (1) selon la longueur de celle-ci - au moins une source lumineuse ponctuelle à largeur de spectre d'émission étroite, constituée par une diode électroluminescente (33) qui est montée dans le boîtier (3) pour émettre un rayon lumineux en direction de la bande (1), et un capteur optique (37) associé monté pour recevoir la partie réfléchie du rayon lumineux émis, ledit capteur délivrant un signal électrique correspondant à l'intensité lumineuse de cette partie réfléchie et servant, en combinaison avec la mesure du déplacement linéaire, à établir les variations d'opacité de la bande (1) sur toute sa longueur. 2. Dispositif de lecture selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rayon lumineux émis par la diode électro-luminescente (33) est de couleur ambre, c'est-à-dire dont les longueurs d'onde sont comprises dans un intervalle centré sur 590 nanomètres environ. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la diode électroluminescente (33) et le capteur (37) sont agencés suivant un axe commun (34) sensiblement perpendiculaire au socle du boîtier (3), ledit capteur ayant une partie centrale active de surface inférieure à la section du rayon. 4. Dispositif de lecture selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs diodes électro-luminescentes (33) émettant des rayons lumineux de couleurs différentes. 5. Dispositif de lecture selon la revendication 4, caractérisé en ce que les diodes électro-luminescentes (33) sont au nombre de trois, dont une rouge, une bleue et une jaune.