Brevet FR2745635A1 — publié le 19970905

L'invention concerne d'une manière générale la détermination des caractéristiques de fluides (liquides ou gaz) et plus spécifiquement un procédé qualitatif ou quan- titatif pour tester une telle caractéristique, et un dispo- sitif de test destiné à être utilisé pour la détermination de ces caractéristiques. Le terme "caractéristique" est utilisé ici dans son sens le plus général pour désigner n'importe quelle propriété physique ou chimique qualitative ou quantitative d'un fluide, qu'il peut être nécessaire de déterminer, y compris par exemple la présence ou l'absence d'un consti- tuant particulier d'un fluide ou la concentration d'un constituant particulier dans le fluide. Conformément à un aspect de l'invention, il est prévu un dispositif de test destiné à être utilisé pour déterminer une caractéristique particulière d'un fluide, caractérisé en ce qu'il comporte un élément de détection destiné à venir en contact avec le fluide et produire une réponse indicative de la caractéristique devant être déter- minée; des moyens électroniques pour traiter la réponse de manière à produire un signal ayant une amplitude indicative de la caractéristique; et des moyens indicateurs pour répondre à une modification d'un champ magnétique, d'un champ électrique, d'une tension, d'une polarisation ou d'une transmission de la lumière ou d'une température résultant du signal électrique, ce qui produit une indica- tion visible de l'amplitude du signal électrique et par conséquent de la caractéristique à laquelle on s'intéresse. Selon un second aspect de l'invention, il est prévu un procédé pour tester une caractéristique particu- lière d'un fluide en utilisant un dispositif de test, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre le dispositif de test en contact avec le fluide pour amener un élément de détection du dispositif à produire une réponse indicative de la caractéristique devant être déterminée, traiter par voie électronique la réponse dans le dispositif pour pro- duire un signal électrique, dont l'amplitude est indicative de la caractéristique et qui entraîne une modification discernable visuellement de moyens indicateurs du disposi- tif, qui répond à une variation d'un champ magnétique, d'un champ électrique, d'une tension, d'une polarisation ou d'une transmission de la lumière ou d'une température résultant du signal électrique, en produisant ainsi une indication visible de l'amplitude du signal électrique et par conséquent de la caractéristique à laquelle on s'intéresse. La présente invention se prête bien à des formes de réalisation se présentant sous la forme de dispositifs de test portables, éventuellement de dispositifs de test tenus à la main. D'une manière générale le dispositif de test requiert une source d'alimentation électrique pour fonc- tionner. La source d'alimentation peut faire partie du dis- positif et peut être par exemple une petite pile, par exemple pile au lithium ou une pile à dépolarisation par l'air telle qu'une pile à airzinc ou une pile solaire, par exemple basée sur du silicium amorphe ou cristallin et être facultativement utilisée en liaison avec un dispositif de stockage électrique tel qu'un condensateur. Sinon, la source d'alimentation peut être tirée de l'échantillon fluide testé, des fluides électrolytiques tels que des sucs gastriques et éventuellement de l'urine, agissant en tant qu'électrolyte pour une pile. L'élément de détection peut prendre différentes formes. Dans une première forme une variation du potentiel électrique entre deux électrodes est mesurée dans des conditions correspondant à un courant presque nul. Dans la seconde forme, un flux de courant est mesuré en tant que résultat d'un processus électrochimique se déroulant au niveau de surfaces d'une ou de plusieurs électrodes. Dans ces deux formes de réalisation les signaux électriques sont indicatifs de la caractéristique à laquelle on s'intéresse, par exemple la concentration de glucose dans le sang. L'élément de détection peut véhiculer une enzyme, une substance immunochimique ou une autre substance qui favorise la réaction électrochimique. A nouveau l'élément de détection peut comporter une source de lumière miniature et un détecteur, qui détecte qualitativement ou quantitativement la présence d'un constituant du fluide, au moyen d'une détection optique. Les moyens électroniques de traitement de la réponse peuvent également prendre différentes formes comme par exemple celles d'un simple circuit intégré ou d'un cir- cuit amplificateur, mis en oeuvre sous la forme d'un cir- cuit électrique classique. Quelle que soit leur forme, ces moyens électroniques reçoivent le signal de l'élément de détection et le convertissent sous une forme compatible avec le mode de fonctionnement des moyens indicateurs ou du dispositif d'affichage. Les moyens indicateurs eux-mêmes peuvent prendre différentes formes, comme par exemple une bande à effet d'électrochrome, une bande qui par ailleurs change d'aspect, par exemple en ce qui concerne sa couleur ou son coefficient de réflexion, dans le cas d'une variation de la température ou en présence d'un champ électrique, une borne conductrice présentant une résistance continue ou variable de façon étagée, des résistances modifiables de façon dis- crète, des polymères photoémissifs ou éventuellement des diodes LED du dispositif LCD, dont le fonctionnement est basé sur des variations du coefficient de transmission de la lumière ou de la polarisation de la lumière. Pour que les moyens indicateurs soient aptes à répondre au signal électrique, il est en général nécessaire que les moyens indicateurs soient placés à proximité directe des moyens électroniques. Lorsqu'elle est utilisée, la bande à effet de thermochrome ou une autre bande peut être d'un type irré- versible, de manière à fournir un enregistrement du résul- tat du test, qui peut être conservé, ou bien peut être du type réversible de manière à permettre une réutilisation du dispositif d'affichage. Par conséquent, le dispositif de test complet peut être réalisé de différentes manières. Dans une forme de réalisation, le dispositif de test est entièrement jetable; dans une autre forme de réalisation, l'élément de détection et les moyens indicateurs peuvent être séparés et jetables (ou peuvent être conservés en tant qu'enregistre- ment); et dans une autre forme de réalisation, l'élément de détection seul est jetable (ou peut être conservé en tant qu'enregistrement). Dans toutes ces formes de réalisation, l'élément de détection peut comporter une bande de test se présentant sous la forme d'une couche de base, avec des voies conduc- trices disposées sur la couche de base, par exemple pour former des électrodes, une couche à effet de thermochrome disposée au-dessus des voies conductrices, c'est-à-dire pour répondre après amplification à un flux de courant dans les piles conductrices, et une couche de revêtement située au-dessus de la couche à effet de thermochrome. Selon un aspect particulier l'invention fournit un procédé pour tester une caractéristique particulière d'un fluide, selon lequel on place un dispositif de test tenu à la main en contact avec un fluide pour amener un élément de détection alimenté en énergie à produire une réponse indicative de la caractéristique à déterminer, et toute réponse est traitée de manière à produire un signal électrique, dont l'amplitude est indicative de la caracté- ristique, à proximité directe de moyens qui répondent à une variation du champ électrique ou de la température résultant du signal électrique pour produire une indication visible d'amplitude du signal électrique. Selon un autre aspect spécifique, l'invention fournit un dispositif de test portable destiné à être uti- lisé pour déterminer une caractéristique particulière d'un fluide, comprenant un dispositif tenu à la main destiné à être placé en contact avec le fluide, le dispositif compre- nant une source d'alimentation électrique, un élément de détection qui, lorsqu'il est alimenté, fournit une réponse à ladite caractéristique, si elle est présente dans le fluide pour produire une réponse, des moyens électroniques pour traiter la réponse de manière à produire un signal électrique dont l'amplitude est indicative de la caractéristique et un indicateur, qui est placé à proximité directe des moyens électroniques et qui répond à une variation du champ électrique ou de la température résultant du signal électrique, d'une manière pouvant être discernée visuellement. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après prise en référence aux dessins annexés, sur les- quels: - la figure 1 représente schématiquement trois agencements possibles d'un dispositif de test portable conforme à l'invention, incorporant un dispositif d'affi- chage à l'état solide; - la figure 2 représente une forme de réalisation possible d'un élément de détection; - la figure 3 représente une forme possible des moyens indicateurs dans le cas o le dispositif de test est utilisé pour détecter quantitativement la concentration d'un analyte dans un fluide; - la figure 4 est un schéma explicatif; - la figure 5 représente une autre forme possible des moyens indicateurs, lorsqu'ils prennent la forme d'une bande à effet de thermochrome; - la figure 6 est un schéma de circuit simplifié d'une forme de réalisation du dispositif de test selon l'invention; et - la figure 7 représente schématiquement une forme de réalisation modulaire de l'invention. La figure l(a) représente un agencement intégré d'un dispositif de test portable 10, qui est jetable en totalité après utilisation. Le chiffre de référence 12 indique des moyens d'affichage ou des moyens indicateurs. Dans l'agencement divisé de la figure l(b), l'élément de détection sous la forme d'une bande de test 14 est jetable après utilisation du dispositif de test, alors que le corps principal 16 comprenant la pile d'alimentation, le système électronique et le dispositif d'affichage, est retenu pour sa réutilisation, de façon typique pendant seulement un nombre limité de fois. Le dispositif à fente de la figure l(c) comporte un corps principal réutilisable 18 incluant la cellule d'alimentation et le système électronique, tandis que la bande de test et le dispositif d'affichage, qui sont avan- tageusement combinés en un seul élément 20, sont jetables. L'agencement de la figure l(c), qui est éventuel- lement un agencement préféré, peut utiliser de façon appro- priée une bande de test composite 22 du type représenté sur la figure 2. Cette bande de test comprend une couche de base 24 portant des voies conductrices 26, une couche à effet de thermochrome 28 disposée sur les voies conduc- trices, et une couche de revêtement transparente 30. Lorsqu'un courant circule dans les voies conductrices 26, une partie de la couche à effet de thermochrome change de couleur, les dimensions de la partie de couleur modifiée dépendant de l'intensité du courant, qui est traité et/ou amplifié de façon appropriée par le circuit électronique dans le corps principal du dispositif de test. On peut obtenir un avantage supplémentaire en disposant une couche mince d'un matériau thermoconducteur et coloré entre les électrodes et la couche à effet de thermochrome de sorte que, dans le cas o la couche devient transparente, la quantification peut être lue visuellement sur la base de changement de couleur ainsi que d'une position induite par le changement de couleur dans la couche à effet de thermo- chrome. La figure 3 représente une forme de réalisation possible d'affichage. Si on utilise quantitativement le dispositif de test pour détecter la concentration d'un ana- lyte dans une solution, le nombre de barres, qui apparais- sent, ainsi que le changement de couleur par exemple, sont proportionnels à la concentration de l'analyte. La figure 4 représente un schéma que l'on peut utiliser pour comprendre les fonctions du dispositif de test. Au niveau de la bande de test 30, le courant i (ou la charge q) produit dépend par exemple de la concen- tration de l'analyte dans une solution. Le signal (la réponse) du courant (ou de la charge) est traité dans le système électronique 32, qui comprend de façon appropriée un condensateur dans lequel le courant ou la charge est intégré. Une décroissance prédéfinie est déterminée par la valeur d'une résistance dans un circuit RC, dont fait par- tie le condensateur. Le système électronique délivre un signal de sortie sous une forme admissible au dispositif d'affichage 34. Sur le dessin, le graphique 36 représente trois courbes de courant possibles pour concentration 1 > concentration 2 > concentration 3, qui peuvent être reçues dans le dispositif d'affichage 34, qui dans ce cas fournit un signal de sortie 38 formé d'une barre continue ayant une longueur qui dépend de la concentration de l'analyte. Le dispositif d'affichage réel pourrait être numérique, c'est- à-dire réaliser un affichage selon des pas discrets, au lieu d'être analogique, c'est-à-dire continu. Si la bande de test accumule une charge q, le système électronique peut être conçu de manière à produire un courant de sortie constant, dont l'amplitude est propor- tionnelle à l'amplitude de la charge stockée. A nouveau la figure 5 représente une forme pos- sible du dispositif d'affichage 40 sous la forme d'une bande à effet de thermochrome. Lorsque le courant augmente dans la voie conductrice 42, la surface 44 de la couche à effet de thermochrome, dont la couleur varie, augmente et cette zone se déplace vers la droite comme cela est repré- senté sous l'effet d'une variation de la réponse. La figure 6 représente schématiquement une forme de réalisation d'un dispositif de test selon l'invention. Sur la figure 6, la forme de réalisation représentée com- prend deux parties séparables: une première partie 54 dans laquelle sont logés une source d'alimentation réutilisable 53 et un élément électronique 52; une seconde partie comprenant un module d'affichage 51 et un module de détection 55. Le module d'affichage contient un élément d'affichage de table 54 ayant la forme décrite en référence à la figure 2. Le module de détection 55 contient un agencement d'électrodes 56 sous la forme d'un dispositif de remplissage capillaire (CFD) comprenant un couple de plaques espacées définissant une cavité de volume connu, apte à être remplie sous l'effet d'une action capillaire, cette cavité contenant des électrodes, comme cela est décrit dans EP 0170375. En fonctionnement, un volume connu de fluide devant être testé est introduit dans le module CFD 55 par effet capillaire. Un potentiel électrique est appliqué aux bornes des électrodes du module CFD, ce qui conduit au pas- sage, à travers le fluide échantillon, d'un courant propor- tionnel à l'activité électrochimique. L'intégration du cou- rant électrochimique pendant un intervalle de temps subs- tantiel en rapport avec la cadence d'activité fournit une mesure du nombre total de moles de types actifs électriquement dans le volume connu du fluide échantil- lonné. A cet effet, l'élément électronique 52 inclut un intégrateur électronique dans lequel une charge est collec- tée. La charge collectée pourrait être évacuée instantané- ment par une bande irréversible à effet de thermochrome 57, ce qui fournirait une indication de la quantité de charge intégrée. L'amplification (ou l'atténuation) du signal à ce stade ou avant l'intégration est possible lorsqu'on utilise de faibles niveaux (ou des niveaux élevés) du signal. Le déclenchement de cet événement pourrait être commandé par une mesure de l'activité électrochimique rapportée au taux initial mesuré au début de la période d'intégration, par exemple lorsque le signal tombe à 99,5 % du taux initial. Sinon, un déclenchement pourrait s'effectuer au bout d'un intervalle de temps fixe au cours du processus d'intégration. L'activité électrochimique pourrait être par exemple un système classique comme par exemple les systèmes enzymatiques établis d'oxydase du glucose pour des mesures du glucose. Sinon, un système amplificateur électronique pourrait être utilisé pour accroître le courant électrochi- mique et afficher d'une manière continue le courant traversant la bande à effet de thermochrome 57. Comme autre possibilité, le courant circulant dans un circuit série formé d'une source d'alimentation et d'électrodes immergées dans un analyte pourrait traverser un convertisseur courant-tension, puis le signal de sortie variable pourrait être appliqué à un cristal liquide ou à un dispositif d'affichage à effet d'électrochrome simi- laire. En outre, le convertisseur courant-tension pourrait être remplacé par un intégrateur de courant, et la tension constante présente sur la sortie à la fin de la période d'intégration pourrait être appliquée à un indicateur à effet d'électrochrome. La figure 7 représente schématiquement une forme de réalisation modulaire de l'invention, qui comprend une unité réutilisable 60, qui correspond d'une manière géné- rale à la partie 54 de la figure 6 et comporte une source d'alimentation et un élément électronique; et un réseau de modules de détection jetables 62, à chacun desquels est associé un module d'affichage 64, qui correspond d'une manière générale à des modules 51 et 55 de la figure 6. En fonctionnement, l'unité 60 est connectée au module de détection et au module d'affichage associé à u ne extrémité du réseau, comme cela est représenté schématiquement par la flèche 66, et le test est exécuté comme cela a été décrit précédemment. Les modules utilisés peuvent alors ensuite être séparés du reste du réseau. Le module de détection est en général jeté après utilisation et le module d'affichage peut être soit jeté avec le module de détection, soit séparé du module de détection et être conservé à des fins d'enregistrement. Dans ce but, les modules d'affichage peuvent porter un identifiant unique 68 de préférence lisible en machine, tel qu'un code à barres. Le code à barres peut être lu par les composants électroniques et être enregistré sous un format lisible par ordinateur pour un traitement ultérieur par ledit système électronique ou par des installations extérieures. Les codes à barres peuvent incorporer un code servant à identifier les analytes que l'on peut mesurer ou les caractéristiques de performance réelle du lot particulier utilisé. A la place de codes à barres, on pourrait sinon utiliser d'autres formes connues de codage telles que des nuances de couleurs, des caractéristiques de réseau de diffraction ou des composants électroniques passifs ou autres, connus du spécialiste de la technique. Le dispositif de test peut être utilisé dans une variété de buts, par exemple pour la détection de réactions d'oxydo-réductase, qui conduit à un flux de courant ou à des variations du potentiel chimique sur les surfaces d'électrodes. Des exemples sont des produits connus sous le sigle GODFAD/FADH2 ou des enzymes qui utilisent des sys- tèmes connus sous les sigles NAD/NADH2 ou NADP/NADPH2. En potentiométrie, il est possible de détecter qualitativement ou quantitativement toute réaction chimique qui modifie le potentiel chimique au niveau de la surface d'une électrode, d'une manière qui reflète la concentration de l'analyte. Ceci pourrait inclure des systèmes basés sur des principes d'inhibition ainsi que sur les formes usuelles de détermi- nation. Il est possible que la bande de test porte une substance qui favorise la réaction (lorsque la bande de test est jetable). La réaction électrochimique peut être associée à des réactions anticorps - antigène (Ab-Ag) pour des systèmes d'essais immunologiques électrochimiques associes. En outre, le dispositif de test peut être appli- qué à des systèmes d'essais optiques par exemple dans l'un quelconque des exemples indiqués précédemment, mais avec une détection optique et une transduction. REVENDICATIONS 1. Dispositif de test (10) destiné à être utilisé pour déterminer une caractéristique particulière d'un fluide, caractérisé en ce qu'il comporte un élément de détection (14,22,55,62) destiné à venir en contact avec le fluide et produire une réponse indicative de la caractéristique devant être déterminée; des moyens électroniques (52) pour traiter la réponse de manière à produire un signal ayant une amplitude indicative de la caractéristique; et des moyens indicateurs ou d'affichage (12,51,64) pour répondre à une modification d'un champ magnétique, d'un champ électrique, d'une tension, d'une polarisation ou d'une transmission de la lumière ou d'une température résultant du signal électrique, ce qui produit une indication visible de l'amplitude du signal électrique et par conséquent de la caractéristique à laquelle on s'intéresse. 2. Dispositif de test selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est agencé sous la forme d'un dis- positif portable. 3. Dispositif de test selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il possède la forme d'un dispositif tenu à la main. 4. Dispositif de test selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une source d'alimentation électrique (53). 5. Dispositif de test selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une source de lumière miniature en tant qu'élément de détection. 6. Dispositif de test selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif d'affichage (51) est une couche à effet de thermochrome (57), dont une zone est amenée à changer de couleur en fonction de la quantité d'un analyte dans une solution. 7. Dispositif de test selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel au moins l'élément de détection (62) peut être séparé du reste du dispositif de test et est jetable. 8. Dispositif de test selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'élément de détection (62) porte un promoteur servant à stimuler une réaction chimique à la surface d'une bande de test. 9. Dispositif de test selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'élément de détection (62) et le dispositif d'affichage (64) sont combinés sous la forme d'une bande de test composite. 10. Procédé pour tester une caractéristique par- ticulière d'un fluide en utilisant un dispositif de test (10), caractérisé en ce qu'il consiste à mettre le dispositif de test en contact avec le fluide pour amener un élément de détection du dispositif à produire une réponse indicative de la caractéristique devant être déterminée, traiter par voie électronique la réponse dans le dispositif pour produire un signal électrique, dont l'amplitude est indicative de la caractéristique et qui entraîne une modification discernable visuellement de moyens indicateurs du dispositif, qui répond à une variation d'un champ magnétique, d'un champ électrique, d'une tension, d'une polarisation ou d'une transmission de la lumière ou d'une température résultant du signal électrique, en produisant ainsi une indication visible de l'amplitude du signal électrique et par conséquent de la caractéristique à laquelle on s'intéresse. 11. Procédé selon la revendication 10, caracté- risé en ce qu'il est appliqué pour tester la concentration d'un analyte dans une solution par détection d'une réaction électrochimique à la surface d'une électrode située sur l'élément de détection. 12. Procédé selon la revendication 10, caracté- risé en ce qu'il est appliqué pour tester la concentration d'un analyte dans une solution au moyen d'une détection optique et d'une transduction.