Brevet FR2748953A1 — publié le 19971128

La présente invention a pour objet une unité de filtration, comportant une membrane filtrante, une pièce en amont de la membrane formant couvercle et une pièce en aval de la membrane formant base. Ces trois éléments, généralement en matière plastique, sont rendus solidaires par soudure, de façon à former l'unité de filtration, dans lequel le liquide est filtré sans aucun risque de fuite, grâce à l'étanchéité de l'unité. Le couvercle comporte souvent un embout Luer femelle destiné à la connexion de l'unité de filtration à l'extrémité d'une seringue. La base, située en aval de la membrane, comporte habituellement un embout Luer mâle destiné à recevoir éventuellement une aiguille hypodermique standard. Dans ces unités de filtration, la membrane filtrante est soudée à son extrémité, généralement de forme circulaire ou plus rarement polygonale, sur le couvercle ou le base, de façon à s'assurer que le liquide à filtrer passe bien à travers la membrane filtrante, sans risque de fuite au-delà de la périphérie de la membrane. De telles unités de filtration sont utilisées couramment en médecine pour filtrer des solutions pharmaceutiques. Dans les unités de filtration ainsi commercialisées, la membrane filtrante, généralement hydrophile, est supportée en amont dans le couvercle et en aval dans la base par des nervures formant des canaux de drainage facilitant et dirigeant l'écoulement de l'orifice d'entrée central vers la totalité de la surface supérieure de la membrane filtrante en amont de cette dernière et des extrémités de la surface inférieure de la membrane filtrante en aval vers un orifice de sortie central de l'unité. 2 2748953 Ce double support, aussi bien en amont qu'en aval de la membrane, qui est ainsi prise en sandwich, évite un risque de détérioration de la membrane, en cas de contre- pression. Toutefois ces unités de filtration présentent un certain nombre d'inconvénients. Leur forme circulaire ne permet une fixation de l'unité sur l'extrémité d'une seringue qu'à force dans la direction axiale et ne permet pas une bonne visibilité de la filtration, malgré l'utilisation de matière thermoplastique transparente pour leur fabrication. La fabrication d'une membrane filtrante de forme circulaire ou hexagonale entraîne des chutes non négligeables de la matière filtrante, qui est une matière assez onéreuse. Et la nécessité de supporter la membrane filtrante aussi bien en amont qu'en aval par un faisceau de nervures délimitant des canaux de drainage diminue de manière importante la surface effective de filtration de la membrane. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Elle y parvient en prévoyant de donner à la membrane filtrante une forme d'ellipse et aux parties amont servant de couvercle et aval servant de base à la membrane, des surfaces de réception et de support de la membrane en forme d'ellipse correspondante. Par ellipse on entend dans le cadre de la présente invention une forme ovale présentant un grand axe et un petit axe dans la direction perpendiculaire au grand axe. La demanderesse a en effet remarqué que la forme elliptique de la surface de la membrane filtrante qui est obtenue par découpe dans un rouleau continu de matière filtrante, assez onéreuse, permet de réduire les chutes ou 3 2748953 pertes d'environ 4% par rapport à la découpe de membranes filtrantes circulaires de même surface. De plus l'adoption d'une forme elliptique pour la membrane filtrante ainsi que pour les surfaces de réception et de support de cette membrane par le couvercle et la base de l'unité de filtration permet une préhension et une ergonomie améliorées pour l'utilisateur de l'unité de filtration selon l'invention. En effet cette forme facilite le serrage de l'unité sur l'extrémité d'une seringue ou la réception d'une aiguille hypodermique, tout comme un écrou à oreilles: l'unité de filtration de l'invention est plus facile à manipuler qu'une unité de forme circulaire car elle ne tourne pas entre les doigts mais permet au contraire un blocage. En outre, pour une même surface de filtration qu'une unité de section circulaire, l'unité de filtration de section elliptique selon l'invention offre une meilleure visibilité de la sortie du filtrat, du côté de l'embout Luer mâle, ce qui peut se vérifier aisément en inclinant légèrement le seringue équipée d'une telle unité dans le plan vertical contenant le petit axe de l'ellipse. Par ailleurs la forme elliptique d'une unité de filtration présente un grand axe dont la longueur est supérieure à celle du diamètre d'une unité de filtration pourvue d'une membrane circulaire de même surface de filtration, ce qui permet à l'unité selon l'invention de prendre appui, par exemple, sur le goulot d'un flacon de plasma standard. La demanderesse a également découvert que la membrane filtrante elliptique de l'unité de filtration selon l'invention et qui est généralement en matière hydrophile, peut comporter deux secteurs hydrophobes, situés aux extrémités du grand axe de l'ellipse. 4 2748953 Une telle structure peut être fabriquée facilement à l'échelle industrielle par découpe d'ellipses dans un rouleau continu de matière filtrante hydrophile dont les deux bords extrêmes ont été rendus hydrophobes, ou bien dans un rouleau continu de matière filtrante hydrophobe dont la partie centrale est rendue hydrophile. Une unité de filtration de section elliptique, ainsi munie d'une membrane filtrante hydrophile dont les extrémités du grand axe de l'ellipse sont hydrophobes présente des propriétés tout à fait remarquables. En effet, lors de filtrations successives avec une telle unité, l'air éventuellement présent en amont de la membrane de l'unité de filtration et/ou dans la seringue hypodermique dont est équipée l'unité de filtration, est poussé par le liquide à filtrer vers les extrémités les plus éloignées de l'orifice d'arrivée donc vers les extrémités hydrophobes du grand axe de la membrane filtrante elliptique et est ainsi évacué hors de l'unité, sans formation d'un bouchon d'air appelé air-lock. Un tel effet, pourrait être obtenu avec des membranes filtrantes circulaires, par exemple, par un bord périphérique circulaire hydrophobe. Un tel bord circulaire hydrophobe réduirait cependant la surface de filtration de manière importante, et réduirait d'autant le rendement de la filtration. De plus, un bord circulaire hydrophobe est très difficile et onéreux à fabriquer. Une autre possibilité consisterait à prévoir deux secteurs hydrophobes diamétralement opposés sur la membrane filtrante circulaire mais, dans cette hypothèse, le rôle d'évacuation de l'air n'est nullement contrôlé et dépend, notamment, d'une inclinaison de la membrane dans une direction privilégiée. Tel n'est pas le cas d'une membrane filtrante elliptique dont toute la partie centrale, jusques et y 2748953 compris les extrémités du petit axe de l'ellipse sont hydrophiles et seules des parties d'extrémité correspondant aux extrémités du grand axe de l'ellipse sont hydrophobes. Dans cette structure, l'air emprisonné et le liquide à filtrer se dirigent de la partie centrale d'arrivée vers l'extérieur pour se propager circonférentiellement sur une distance correspondant au petit axe de l'ellipse; arrivé aux extrémités des petits axes de l'ellipse, il reflue vers les parties les plus éloignées qui correspondent aux extrémités du grand axe de l'ellipse, o la présence de petits secteurs hydrophobes ou de pois (spots) hydrophobes permet l'évacuation de l'air emprisonné et empêche par conséquent la présence d'un bouchon d'air. Il résulte de ces explications que non seulement on supprime ainsi pour la première fois, sans réduction significative de la surface filtrante de l'unité de filtration le phénomène du bouchon d'air, ou air- lock, qui empoisonnait les filtrations conventionnelles par les unités de filtration circulaires, mais en outre on dispose maintenant d'unités de filtration qui sont réutilisable pour effectuer plusieurs filtrations successives. Il convient naturellement d'utiliser rationnellement le maximum de surface filtrante pour la filtration du liquide à filtrer en favorisant la proportion de surface filtrante hydrophile de la membrane au détriment de la proportion de surface filtrante hydrophobe et cette exigence est facilement satisfaite en ayant uniquement hydrophobe deux petits secteurs ou deux pois (spots) situés aux extrémités du grand axe de chaque membrane filtrante elliptique et correspondant à deux bandes hydrophobes ou deux séries de pois (spots) hydrophobes disposés aux bords d'un rouleau continu de matière filtrante hydrophile, dans laquelle sont découpées les membranes filtrantes elliptiques selon la présente invention. 6 2748953 Un avantage supplémentaire de l'unité de filtration selon l'invention est la diminution sensible du volume mort dans lequel le liquide filtré est retenu. En effet, dans les unités de filtration circulaires conventionnelles, le liquide filtré, qui peut être un produit particulièrement onéreux, est retenu non seulement par porosité dans les canaux constitutifs de la matière filtrante hydrophile elle-même mais en outre dans tout le volume mort situé en-dessous de la membrane filtrante, o on peut le visualiser facilement lorsque le liquide en question est coloré, et ceci malgré un réseau de nervures de soutien de la membrane et de canaux d'évacuation dirigeant l'ensemble du liquide filtré recueilli à la partie inférieure de la membrane filtrante de ses extrémités vers un orifice central d'évacuation. Au contraire, dans les unités de filtration à section elliptique, selon l'invention, le liquide filtré reste bien sûr retenu par porosité dans les canaux constitutifs de la matière filtrante hydrophile elle-même mais il n'y a plus aucun volume mort situé en-dessous de la membrane filtrante et o du liquide filtré peut se réfugier. En effet, les secteurs hydrophobes situés aux extrémités du grand axe de la membrane filtrante elliptique laissent passer l'air, qui vient chasser toute trace de liquide présent depuis lesdites extrémités hydrophobes jusqu'à la partie centrale d'évacuation. Un tel phénomène est aisément décelable par un examen de la disparition de la coloration dans la base située en aval de l'unité de filtration, lorsque le liquide filtré est coloré. Par voie de conséquence, la surface elliptique de support et de réception de la membrane filtrante dans la base, située en aval de la membrane peut comporter, outre un bord périphérique elliptique recevant les extrémités de 7 2748953 la membrane, un multitude de pointes arrondies, dont les sommets affleurent au même niveau que ledit bord périphérique elliptique; il n'est donc plus nécessaire de prévoir dans cette partie de support, située en aval de la membrane, aucun canal de guidage de l'écoulement du liquide ou d'évacuation de l'air depuis les extrémités de la surface de la membrane filtrante vers un orifice central de sortie, comme c'était le cas des unités de filtration à surface circulaire connues antérieurement. On notera d'autre part qu'un tel support de la membrane filtrante, en aval, par des pointes arrondies, présente le double avantage supplémentaire d'une part, en diminuant la surface de contact entre membrane filtrante et support, d'augmenter les performances d'une surface donnée de membrane filtrante et d'autre part, malgré une moindre surface de support de la membrane, d'effectuer, sans risque de rupture de la membrane, une filtration sous pression. La présente invention va maintenant être décrite à l'aide des dessins annexés dans lesquels: - les figures 1A, lB, 1C et 1D représentent une première mise en oeuvre d'une unité ou filtration selon l'invention respectivement selon une vue de dessus, une vue latérale gauche, une vue latérale droite et une coupe axiale selon l'axe AA' de la figure 1A vue du côté droit; - les figures 2A, 2B et 2C représentent respectivement une vue de dessous, une coupe selon l'axe AA' et une coupe selon l'axe BB' de la figure 2A de la pièce servant de couvercle, située en amont de la membrane filtrante, d'une unité de filtration selon l'invention; - les figures 3A et 3B représentent respectivement une vue de dessus et une coupe selon l'axe AA' de la figure 3A de la pièce de base, située, en aval de la membrane filtrante, d'une unité de filtration selon l'invention; 8 2748953 - les figures 4A et 4B représentent un rouleau continu de matière filtrante dans lequel sont découpées les membranes filtrantes elliptiques d'une unité de filtration selon l'invention, soit avec deux bandes hydrophobes à ses extrémités (Fig. 4A), soit avec deux séries de pois (spots) hydrophobes à ses même extrémités (Fig. 4B); - les figures 5A et 5B représentent une seringue et une unité de filtration selon les figures précédentes respectivement raccordées ou non raccordées avec raccord Luer mâle vissable prévu sur la seringue et - la figure 6 représente une seringue et une unité de filtration selon l'invention dans une autre mise en oeuvre de l'invention. L'unité de filtration représentée sur les figures 1A à D, 2A à C, 3A et B et 4A représente une première mise en oeuvre préférée de la présente invention. Elle est représentée avec tous ses éléments assemblés sur les figures 1A à D, à savoir une pièce amont formant couvercle 2, une pièce aval formant base 3 et une membrane filtrante 4, qui sont soudées aux ultra- sons pour former l'unité de filtration 1. L'unité de filtration se présente sous forme d'une toupie de section droite ovale ou elliptique et dont l'axe correspond à celui des orifices d'entrée et de sortie du liquide à filtrer. La pièce amont formant couvercle 2 est illustrée sur les figures 2A, 2B et 2C; elle se compose d'un couvercle elliptique comportant un orifice d'entrée central débouchant vers le haut sous forme d'un raccord Luer femelle classique 6, muni à son extrémité supérieure d'une amorce de pas de vis extérieur 7. Le couvercle 2 présente une section droite elliptique, dont les bords 16 sont orientés vers le bas (voir Fig. 2C) de façon à déterminer une espace 8, dont le fond est muni d'une couronne extérieure elliptique plane 9 et d'une partie centrale 10 9 2748953 formée de nervures circulaires 11 séparées par des canaux radiaux 12 et circulaires 13 et dont les sommets 14 sont situés dans le même plan que la couronne extérieure plane 9. Le débouché du raccord Luer 6 dans le fond du couvercle est également muni d'un croisillon 15 destiné à répartir l'arrivée du liquide à filtrer sur la totalité du fond du couvercle 2. Comme le montre plus précisément la figure 1D, le fond du couvercle est constitué par la couronne extérieure plane 9 et les sommets 14 des nervures 11 situés dans un même plan, perpendiculaire à l'axe de l'unité de filtration et il a une forme elliptique propre à recevoir une membrane de filtration 4 de forme elliptique correspondante, dont la périphérie prendra appui sur la couronne extérieure plane 9 et dont la partie centrale sera soutenue par l'ensemble des sommets des nervures 11. La pièce aval formant base 3 est illustrée sur les figures 3A et 3B; elle se compose d'un plateau 17 comportant un orifice de sortie central 18 débouchant vers le bas sous forme d'un raccord Luer mâle classique 19. Le plateau 17 présente une section droite elliptique, dont les dimensions sont déterminées pour pouvoir s'encastrer à l'intérieur de l'espace 8 du couvercle 2 comme le montre la fig. 1D. Ledit plateau 17 est muni d'une couronne extérieure elliptique plane 20 et d'une partie centrale 21 en creux dont le fond comporte un multitude de pointes 22 arrondies dont les sommets 23 sont situés dans le même plan que la couronne extérieure plane 20 pour servir de support à la membrane filtrante 4. Les axes des pointes 22 sont tous parallèles à celui de l'unité de filtration 1. Le débouché du raccord Luer 19 sur le plateau 17 est également muni de pointes 22 destinées à supporter ladite membrane filtrante. 2748953 Comme le montre plus précisément la figure lD, la membrane filtrante 4 est prise en sandwich entre les sommets 23 des pointes du plateau 17 de la base 3, et les sommets 14 des nervures 11 du couvercle 2, et ses bords périphériques sont également pris en sandwich entre les couronnes extérieures elliptiques planes 20 de la base 3 et 9 du couvercle 2. La membrane filtrante 4 de forme elliptique selon l'invention peut être découpée à l'emporte-pièce dans un rouleau continu 24A ou 24B de matière filtrante, comme représenté respectivement sur les figures 4A ou 4B. Le rouleau continu 24A de grande longueur en matière filtrante comporte une zone centrale 25 hydrophile et sur ses deux bords latéraux des bandes d'extrémité hydrophobes 26 et 26A. La découpe à l'emporte-pièce dans ce rouleau 24A de membranes filtrantes 4 présentant une section elliptique dont les extrémités du grand axe des ellipses se situent dans les bandes 26 et 26A permet d'obtenir des membranes 4 dont la majeure partie centrale 28 est hydrophile et dont seules des petits secteurs 29 et 29A situés aux extrémités du grand axe de chaque ellipse sont hydrophobes. De même, le rouleau continu 24B de matière filtrante hydrophile, représenté sur le figure 4B, peut être muni, sur chacun de ses bords continus, d'une série de pois (spots) hydrophobes 27 ou 27A, destinés, après découpe à l'emporte-pièce d'ellipses dans le rouleau 24B, à se retrouver aux extrémités du grand axe de chaque membrane filtrante elliptique 4. Une telle découpe de membranes filtrantes elliptiques 4 peut s'effectuer facilement par des machines automatiques et permet d'économiser environ 4 % de surface de rouleau de matière filtrante par rapport à la 1i1 2748953 fabrication de membranes filtrantes circulaires de même surface. Les figures 5A et 5B illustrent la coopération d'une unité de filtration elliptique 1 selon l'invention avec une seringue hypodermique 31. Comme le montrent schématiquement ces figures, le raccord Luer mâle de la seringue 31 est entouré d'une jupe extérieure 32 filetée intérieurement, qui peut coopérer avec l'amorce de pas de vis extérieur 7 du raccord Luer femelle 6 du couvercle 2. Enfin la figure 6 illustre la coopération d'une autre mise en oeuvre de l'invention avec une seringue hypodermique 31. Dans cette autre mise en oeuvre, l'unité de filtration 1 diffère essentiellement de celle illustrée sur les figures précédentes par le fait que le couvercle elliptique 2 comporte aux extrémités correspondant au grand axe de l'ellipse, des boursouflures 33 en forme de demi- haricots concaves et par le fait que la membrane filtrante 4 dont elle est équipée est entièrement hydrophile. Ces boursouflures 33 servent de poches pour l'air et sont destinés à emmagasiner les bulles d'air présentes dans le couvercle 2, en amont de la membrane filtrante 4 et à empêcher l'air emprisonné dans l'unité de filtration d'obstruer l'accès du liquide à filtrer à la superficie supérieure de la membrane filtrante totalement hydrophile. Lors de filtrations successives avec une telle unité, selon la figure 6, ces poches 34 évitent, dans le cas d'introduction d'air en amont de la membrane filtrante 4, que celui-ci ne s'étale dans la zone des canaux de drainage 12 et 13 et donc diminue, de manière importante, la surface de filtration de la membrane. Ces poches 34 remédient à ce risque et permettent de libérer la surface de filtration centrale de l'unité. 12 2748953 Les matières premières utilisées pour la fabrication des unités de filtration selon l'invention sont connues dans l'état de la technique. Il s'agit essentiellement de matières thermoplastiques, de préférence transparente, pour le couvercle et la base de l'unité du filtration, comme le polystyrène, les polyoléfines dont le polyéthylène, le polypropylène ou les copolymères éthylène-propylène, les polyesters et le polychlorure de vinyle. La matière première de la membrane filtrante 4 est une matière plastique connue en soi et peut être consister notamment en une feuille de polyester sulfone ou d'ester de cellulose présentant un grand nombre de pores. Les différents éléments de l'unité de filtration selon l'invention sont assemblés par soudage aux ultra-sons et l'unité obtenue peut être de différentes dimensions correspondant aux différents usages auxquels elle est destinée. La forme elliptique de ces différents éléments se caractérise par un grand axe et un petit axe dont les proportions respectives sont illustrées sur les dessins ci- joints. C'est ainsi que la longueur du petit axe de l'ellipse peut représenter entre 50 et 75 % de la longueur du grand axe et de préférence les 2/3 de cette dernière. 13 2748953 Revendications 1. Unité de filtration (1) comportant une membrane filtrante (4), une pièce amont formant couvercle (2) et une pièce aval formant base (3), soudées entre elles de façon à former une unité, caractérisée en ce que la membrane filtrante (4) présente une surface filtrante en forme d'ellipse et en ce que les pièces amont (2) et aval (3) présentent des surfaces de réception et de support de la membrane également en forme d'ellipse. 2. Unité de filtration selon la revendication 1 caractérisée en ce que la surface elliptique de réception et de support de la membrane filtrante (4) dans le couvercle (2), situé en amont de la membrane, comporte des nervures de support (11) définissant des canaux de passage (12, 13) qui guident l'écoulement du liquide ou l'évacuation de l'air d'un orifice central d'entrée (5) sur la totalité de la surface elliptique de la membrane filtrante (4). 3.Unité de filtration selon la revendication 1 caractérisée en ce que la surface elliptique de réception et de support de la membrane filtrante dans la base (3), située en aval de la membrane (4), comporte pour permettre une filtration sous pression, une multitude de pointes arrondies (22), sans aucun canal de guidage de l'écoulement du liquide ou d'évacuation de l'air depuis les extrémités de la surface elliptique de la membrane filtrante vers un orifice central de sortie (18). 4. Unité de filtration selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la membrane filtrante (4) de forme elliptique est hydrophile. 5. Unité de filtration selon la revendication 4, caractérisée en ce que la membrane filtrante hydrophile présente deux petits secteurs hydrophobes (29, 29A) ou deux 14 2748953 pois (spots) hydrophobes (27, 27A) situés aux deux extrémités du grand axe de l'ellipse. 6. Unité de filtration selon la revendication 4, caractérisée en ce que le couvercle (2) comporte deux boursouflures (33), en forme de demi-haricots concaves formant deux poches 34 et situés aux extrémités du grand axe de l'ellipse.