Brevet FR2784464A1 — publié le 20000414

Tte de mesure optique, notamment pour un analyseur automatique de réaction chimique ou biochimique. Domaine technique de l'invention L'invention est relative à une tte de mesure optique, notamment pour un analyseur automatique de réaction chimique ou biochimique de laboratoire destiné à déterminer le dosage de composants contenus dans des échantillons après mélange avec des réactifs dans des cupules d'une plaque d'analyse réactionnelle, ladite tte de mesure comprenant : -un premier détecteur d'analyse colorimétrique piloté par une source lumineuse associée à une fibre optique de transmission du faisceau lumineux vers l'un des côtés de la plaque d'analyse réactionnelle, en coïncidence avec I'axe optique d'une cupule prédéterminée, laquelle est réalisée en une matière transparente, -des moyens pour focaliser le faisceau lumineux lors de son passage à travers le mélange réactionnel dans ladite cupule, -un dispositif photodétecteur disposé du côté opposé de la plaque d'analyse pour capter le faisceau lumineux émergent de la cupule, après avoir subi une atténuation, -et un circuit électronique de traitement du signal délivré par le dispositif photodétecteur pour déterminer le spectre lumineux ou la densité optique du mélange réactionnel. Etat de la technique antérieure Pour effectuer une mesure de la densité optique d'un milieu solide, liquide ou gazeux, il est nécessaire de disposer d'une source lumineuse de référence. Cette source lumineuse coopère avec un système optique de focalisation, de collimation ou de filtrage pour générer le rayon incident traversant le milieu. L'intensité lumineuse transmise est quantifiée par un photodétecteur. Un circuit de traitement calcule la valeur finale en faisant un rapport entre la mesure courante et une mesure sur un milieu neutre de référence, ou le rapport entre la mesure courante et une mesure réalisée via un second photodétecteur placé sur la source lumineuse. Dans le cas de mesure polychromatique ou spectrophotométrique, la source lumineuse se présente sous la forme de lampe à halogène ou xénon générant une lumière blanche. Le problème survient lorsque plusieurs milieux d'emplacements distincts sont à analyser de façon séquentielle. Deux solutions sont usuellement adoptées : le système statique et le système dynamique. Le système statique n'utilise aucun élément mobile, ce qui impose de multiplier les sources lumineuses et les photodétecteurs à chaque emplacement d'échantillon. II a également été proposé de faire usage d'une source lumineuse unique associée à un faisceau multibrin de fibres optiques aboutissant à chaque emplacement de mesure. Outre le coût d'une telle installation, I'énergie lumineuse transmise à chaque échantillon est inversement proportionnelle à leur nombre, ce qui implique une augmentation du gain d'amplification. Le rapport signal-bruit de chaque mesure est également dégradé. Le système mobile adopte une chaîne de mesure à voie unique, et offre deux options : L'ensemble de la plaque d'analyse portant les cupules est mobile, de manière à amener chaque échantillon à la tte de mesure fixe. Durant les mesures sur des échantillons liquides, le rayon lumineux traverse le milieu perpendiculairement par rapport au fond plat transparent de la cupule et au ménisque de l'échantillon. Toute vibration mécanique de la plaque d'analyse provoque des déformations ou des ondes de surfaces sur le ménisque avec des risques d'erreurs de mesure. Le document FR-A-2 669 428 décrit un dispositif dans lequel les échantillons sont placés sur un disque rotatif coopérant avec une tte de mesure fixe. L'ensemble de la chaîne de mesure est mobile, et les échantillons de la plaque d'analyse sont fixes. Les vibrations des lampes à filament peuvent néanmoins engendrer des erreurs de mesure, et dégrader la durée de vie des lampes. Objet de l'invention Un premier objet de l'invention consiste à réaliser une tte de mesure optique perfectionnée pour un analyseur d'échantillons par colorimétrie de grande précision. Un deuxième objet de l'invention consiste à réaliser une tte de mesure optique multiple adaptée pour un analyseur automatique intégrant au moins deux systèmes de mesures pour des applications différentes,. et permettant de conserver les mmes équipements de stockage d'échantillons, de réactifs, de prélèvement, et la mme plaque d'analyse. La tte de mesure optique selon l'invention est caractérisée en ce : -la source lumineuse et la plaque d'analyse réactionnelle sont fixes, -la tte de mesure est montée sur un support mobile en forme de U encadrant les faces opposées parallèles de la plaque d'analyse réactionnelle, et susceptible d'tre déplacé par un mécanisme d'entraînement pour amener le premier détecteur d'analyse colorimétrique en regard d'une cupule prédéterminée, -la fibre optique possède une extrémité assujettie à la source lumineuse fixe, et une extrémité opposée agencée dans un premier logement du support mobile. La source lumineuse et la plaque d'analyse sont isolées de la tte de mesure, et t'avantage du système réside dans une préservation des vibrations mécaniques de la source lumineuse et de l'échantillon à analyser. La fibre optique intercalée entre la source lumineuse fixe et la partie inférieure du support mobile subit seule des mouvements de déformation en torsion et en flexion durant le positionnement de la tte de mesure. Pour s'affranchir d'une usure prématurée de la fibre optique suite aux frottements mécaniques occasionnés par la déformation, on utilisera avantageusement des fibres optiques dotées d'une pellicule extérieure de protection en matériau très résistant. Selon un mode de réalisation préférentiel, le premier logement du support mobile renferme un collimateur optique pour délivrer un faisceau lumineux parallèle, et un détecteur photoélectrique de référence connecté au circuit électronique pour compenser les variations de flux lumineux lors de la déformation de la fibre optique. Un deuxième logement se trouve à l'opposé du premier logement, et renferme un système optique de focalisation en liaison optique avec le dispositif photodétecteur. Selon une caractéristique de l'invention, le système optique de focalisation du dispositif photodétecteur est connecté à un réseau de diffraction pour une sélection statique de la longueur d'onde. Selon un développement de l'invention, la tte de mesure est équipée d'un deuxième détecteur d'analyse photométrique disposé sur le support mobile pour effectuer une mesure d'opacimétrie. Le deuxième détecteur d'analyse photométrique comporte au moins une diode émettrice électroluminescente pour l'émission d'une lumière monochromatique, et coopérant avec une photodiode réceptrice sur le côté opposé du support mobile. II est ainsi possible d'intégrer deux systèmes de lectures différents dans la tte de mesure d'un analyseur, permettant d'une part d'effectuer des analyses en biochimie et en immunologie, et d'autre part des analyses pour des réactions d'hémostase, en utilisant les mmes équipements de stockage d'échantillons, de réactifs, de prélèvement, et la mme plaque d'analyse. Selon une autre caractéristique de l'invention, la face inférieure de la plaque d'analyse est confinée dans une enceinte maintenue à une température prédéterminée par une régulation thermostatique. L'enceinte est dotée avantageusement d'une paroi souple déformable autorisant le déplacement du support mobile sous la plaque d'analyse. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention, donnée à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés dans lesquels : -la figure 1 est une vue schématique de l'analyseur équipé d'une tte de mesure mixte par colorimétrie et photométrie selon l'invention ; -la figure 2 montre une vue en plan de la figure 1 ; -la figure 3 représente une vue schématique en perspective de l'analyseur ; -la figure 4 est une vue similaire de la figure 1 d'une variante utilisant une tte de mesure par colorimétrie. Description d'un mode de réalisation préférentiel Sur les figures 1 à 3, une tte de mesure 10 d'un analyseur de réaction chimique ou biochimique de laboratoire, comporte un premier détecteur d'analyse colorimétrique 12, et un deuxième détecteur d'analyse photométrique 14 pour déterminer le dosage de composants contenus dans des échantillons, par exemple le sang, le liquide céphalo-rachidien, I'urine. Le mécanisme de commande de l'analyseur automatique prélève une quantité prédéfinie d'échantillon, et une quantité prédéfinie de réactif, puis en effectue le mélange dans des cupules 16 d'une plaque d'analyse 18 réactionnelle conformée en microplaque. La mesure de l'évolution de la densité optique par la tte de mesure 10 définit directement la concentration du à doser selon une méthodologie préétablie. Le premier détecteur d'analyse colorimétrique 12 utilise un colorimètre multichromatique pour effectuer des analyses en biochimie et en immunologie. Le deuxième détecteur d'analyse photométrique 14 fait usage de photomètres monochromatiques pour des réactions d'hémostase. Les deux détecteurs 12,14 sont montés sur un support mobile 19 en forme de U qui encadre verticalement les faces opposées parallèles de la plaque d'analyse 18 réactionnelle, laquelle est fixe. Description du premier detecteur d'analarse colorimetrique Le premier détecteur d'analyse colorimétrique 12 est piloté par une source lumineuse 20 agencée de manière fixe sur le bâti de I'analyseur, et comprenant une lampe 22 associée à un dispositif optique de focalisation formé par une paire de lentilles convergentes 24. L'énergie lumineuse émise par les lentilles 24 est concentrée sur une extrémité 26 d'une fibre optique 28 de transmission du faisceau lumineux vers le premier détecteur d'analyse colorimétrique 12. La lampe 22 utilisée peut tre par exemple du type halogène, ou Xénon, ayant un large spectre de longueur d'onde compris entre 340nm à 700nm, c'est à dire allant de l'ultraviolet jusqu'à l'infrarouge, ou encore du type laser. L'autre extrémité de la fibre optique 28 est fixée dans un premier logement 30 à la partie inférieure du support mobile 19, de manière à diriger le rayon lumineux en coïncidence avec I'axe optique d'une cupule 16 prédéterminée de la plaque d'analyse 18 réactionnelle. Le logement 30 renferme un collimateur optique 32 destiné à délivrer un rayon lumineux parallèle, lequel traverse le fond transparent de la cupule 16 et le mélange 34 réactionnel, et émerge via le ménisque du mélange 34. Un détecteur de référence 36 formé à titre d'exemple par une cellule photoélectrique, se trouve également dans le logement 30, et intervient en cas de fluctuation de la source lumineuse 20, ou d'atténuation du faisceau suite à la déformation de la fibre optique 28. La partie supérieure du support mobile 19 est séparée de la partie inférieure par la plaque d'analyse 18 réactionnelle, et est équipée d'un dispositif photodétecteur 37. Ce dernier comporte un système optique de focalisation 38 situé dans un deuxième logement 39 du support mobile 19 pour collecter la lumière incidente sur une deuxième fibre optique 40, laquelle est connectée à un réseau de diffraction 42 fixé sur la partie postérieure du support mobile 19. Le réseau de diffraction 42 permet une sélection statique de la longueur d'onde, et est associé à une pluralité de photodiodes 44 connectées à un circuit électronique de traitement 46 destiné à détecter le spectre lumineux incident du mélange réactionnel. La mesure de la densité optique résulte d'une équation liant le signal issu du détecteur de référence 36 et le signal de sortie de chaque photodiode 44. Le déplacement du support mobile l 9 s'opère sur deux axes (flèches F1 et F2, figure 3) dans le plan horizontal, et est assuré par un mécanisme 48 d'entraînement à moteur 50 pas-à-pas. La tte de mesure 10 peut ainsi tre positionnée coaxialement sur chaque cupule 16 de la microplaque. Le collimateur optique 32 éclaire le fond de la cupule 16, et le faisceau lumineux traverse le milieu du mélange 34 en subissant une atténuation. Le système optique de focalisation 38 à la partie supérieure de la tte de mesure 10 récupère le rayon émergent de la cupule 16, et le conduit vers le réseau de diffraction 42 et les photodiodes 44 pour quantifier cette atténuation. La fibre optique 28 intercalée entre la source lumineuse 20 fixe et la partie inférieure du support mobile 19 subit seule des mouvements de déformation en torsion et en flexion durant le positionnement de la tte de mesure 10, et évite toute transmission des vibrations mécaniques vers la source lumineuse 20 et l'échantillon à mesurer sur la plaque d'analyse 18 fixe. Pour s'affranchir d'une usure prématurée de la fibre optique 28 suite aux frottements mécaniques occasionnés par la déformation, on utilisera avantageusement des fibres optiques dotées d'une pellicule extérieure de protection en matériau très résistant. Le passage du faisceau lumineux dans la fibre optique 28 engendre une atténuation qui varie en fonction de la courbure prise pour un emplacement en regard d'une cupule prédéterminée. Cette courbure peut néanmoins varier pour un mme emplacement entre deux mesures séparées suite à un allerretour du support mobile 19. Pour se prémunir de toute erreur de mesure consécutive à ces variations, la cellule photoélectrique du détecteur de référence 36 se trouvant dans le logement 30, quantifie la variation cumulée de l'atténuation de la fibre optique 28, ainsi que la dérive éventuelle de l'intensité de la source lumineuse 20. Le circuit électronique 46 prend en compte la mesure fournie par le détecteur de référence 36, et compense les mesures délivrées par les photodiodes 44. Une réaction biochimique ou immunologique subit une évolution de la densité optique relativement lente, et une mesure espacée toutes les trente secondes est suffisante pour obtenir un résultat fiable. Le support mobile 19 peut alors balayer les autres cupules 16 avant de revenir effectuer une mesure sur la cupule courante. Description du deuxième détecteur d'analyse photométrique Le deuxième détecteur d'analyse photométrique 14 est utilisé pour une réaction d'hémostase, dans laquelle le mélange réactionnel dans la cupule 14a est constitué d'échantillon de plasma humain et d'un réactif spécifique déclenchant un effet de coagulation. La coagulation s'accompagne d'une variation d'opacité du mélange dans la cupule 16a, et le râle du détecteur d'analyse photométrique 14 consiste à déterminer selon un algorithme spécifique, le temps nécessaire pour obtenir la coagulation du mélange réactionnel. Lors d'une analyse hémostatique, la variation de l'opacité du mélange varie très rapidement au moment de la coagulation, et la précision du chronométrage doit atteindre le dixième de seconde. La réaction de coagulation est surveillée de façon continue jusqu'à la formation du caillot. Le support mobile 19 de la tte de mesure 10 est pourvue dans sa partie inférieure d'une rangée de six diodes électroluminescentes 52 pour l'émission d'une lumière monochromatique, chaque diode émettrice étant associée à un collimateur. Le rayon lumineux émis par chaque diode 52 traverse la cupule de réaction 16a correspondante selon un trajet vertical. Une série de six photodiodes 54 est agencée en regard des diodes 52 sur la partie supérieure de la tte de lecture 10, et intercepte le rayon émergent de chaque cupule 16a pour une mesure d'opacité. L'axe optique de chaque diode émettrice 52 correspond à celui d'une photodiode 54 et à l'axe principal de la cupule 16a. L'énergie fournie par les diodes électroluminescentes 52 est suffisante pour effectuer les analyses hémostatiques chronométriques. Les six capteurs du deuxième détecteur d'analyse photométrique 14 permettent un suivi en parallèle de plusieurs réactions d'hémostase dans les six cupules 16a. La présente invention permet d'intégrer dans la tte de mesure 10 deux systèmes de mesures différents agencés sur le support mobile 19. Cette disposition permet d'initier indifféremment des analyses dans les domaines de biochimie, immunologie, hémostase avec les mmes supports de stockage d'échantillons, de réactifs, les mmes équipements de prélèvement, et les mmes cupules réactionnelles. Une réaction dans les domaines biochimique, immunologique et hémostatique doit se réaliser dans les conditions les plus proches du milieu naturel où elle se déroule normalement. Les réactifs utilisés sont de plus sensibles à toute variation de température, surtout pour le type enzymatique. La plaque d'analyse 18 est maintenue à température constante durant toute l'évolution de I'analyse. Le plus souvent, cette température est fixée à 37 C pour coïncider à celle du corps humain. En référence à la figure 3, la mise à température de la plaque d'analyse 18 réactionnelle s'effectue par une convection forcée d'air chaud voisin de 37 C. Pour limiter les déperditions de calories lors du déplacement du support mobile 19, une enceinte thermique 56 est aménagée sous la plaque d'analyse 18. L'enceinte 56 est constituée par un matériau souple avec une paroi en accordéon 58 solidaire du support mobile 19, et autorisant la mise en température de la plaque d'analyse 18 avec un minimum de perdition de chaleur, tout en permettant une totale liberté de déplacement du support mobile 19 sous la plaque d'analyse 18. Le volume de l'enceinte 56 est délimité par quatre parois latérales et une paroi inférieure, la paroi supérieure étant constituée par la face inférieure de la plaque d'analyse 18. Un ventilateur (non représenté) permet de chauffer cette dernière par convection forcée, et un circuit électronique piloté par des sondes de température, assure une régulation thermostatique. La paroi arrière déformable solidaire du support mobile 19 est constituée d'une feuille flexible agencée en forme d'accordéon 58, et fixée en plus contre les parois latérales de l'enceinte 56. Le déplacement du support mobile 19 déforme la paroi élastique en accordéon 58, tout en assurant l'étanchéité de l'enceinte 56 thermostatique. La figure 4 montre une variante de réalisation d'une tte de mesure 100 faisant usage d'un seul détecteur d'analyse colorimétrique 112. Toutes les pièces identiques à celles du dispositif de la figure 1 ne seront plus décrites, et porteront sur la figure 4 les mmes numéros de références. Les photodiodes 144 réceptrices sont agencées directement en amont du système optique de focalisation 138 par rapport à la direction de propagation du faisceau lumineux. La fibre optique 40 est alors supprimée. La présente invention s'étend bien entendu à d'autres analyses de réactions chimiques, et la méthode de mesure par fibre optique 28 mobile du premier détecteur d'analyse colorimétrique 12 peut s'appliquer à toute caractérisation d'un milieu solide, liquide ou gazeux en transmission, réflexion, réfraction, diffraction, diffusion utilisant une lumière naturelle, polarisée, cohérente dans un mode monochromatique ou polychromatique. Revendications 1. Tte de mesure optique, notamment pour un analyseur automatique de réaction chimique ou biochimique de laboratoire destiné à déterminer le dosage de composants contenus dans des échantillons après mélange avec des réactifs dans des cupules (16,16a) d'une plaque d'analyse (18) réactionnelle, ladite tte de mesure comprenant : -un premier détecteur d'analyse colorimétrique (12,122) piloté par une source lumineuse (20) associée à une fibre optique (28) de transmission du faisceau lumineux vers l'un des côtés de la plaque d'analyse (18) réactionnelle, en coïncidence avec l'axe optique d'une cupule prédéterminée, laquelle est réalisée en une matière transparente, -des moyens pour focaliser le faisceau lumineux lors de son passage à travers le mélange (34) réactionnel dans ladite cupule 16), -un dispositif photodétecteur (37) disposé du côté opposé de la plaque d'analyse (18) pour capter le faisceau lumineux émergent de la cupule (16), après avoir subi une atténuation, -et un circuit électronique (46) de traitement du signal délivré par le dispositif photodétecteur (37) pour déterminer le spectre lumineux ou la densité optique du mélange (34) réactionnel, caractérisée en ce que : -la source lumineuse (20) et la plaque d'analyse (18) réactionnelle sont fixes, la tte de mesure (10,100) est montée sur un support mobile (19) en forme de U encadrant les faces opposées parallèles de la plaque d'analyse (18) réactionnelle, et susceptible d'tre déplacé par un mécanisme d'entraînement (48) pour amener le premier détecteur d'analyse colorimétrique (12,112) en regard d'une cupule prédéterminée, -la fibre optique (28) possède une extrémité assujettie à la source lumineuse (20) fixe, et une extrémité opposée agencée dans un premier logement (30) du support mobile (19). 2. Tte de mesure optique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier logement (30) du support mobile renferme un collimateur optique (32) pour délivrer un rayon lumineux parallèle, et un détecteur photoélectrique de référence (36) connecté au circuit électronique (46) pour compenser les variations de flux lumineux lors de la déformation de la fibre optique (28). 3. Tte de mesure optique selon la revendication 2, caractérisée en ce que le support mobile (19) comporte un deuxième logement (39) à l'opposé du premier logement (30), et renfermant un système optique de focalisation (38) en liaison optique avec le dispositif photodétecteur (37). 4. Tte de mesure optique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le système optique de focalisation (38) est connecté à un réseau de diffraction (42) pour une sélection statique de la longueur d'onde. 5. Tte de mesure optique selon la revendication 4, caractérisée en ce que le système optique de focalisation (38) est connecté au réseau de diffraction (42) par l'intermédiaire d'une deuxième fibre optique (40). 6. Tte de mesure optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la tte de mesure (10) est équipée d'un deuxième détecteur d'analyse photométrique (14) disposé sur le support mobile (19) pour effectuer une mesure d'opacimétrie. 7. Tte de mesure optique selon la revendication 6, caractérisée en ce que le deuxième détecteur d'analyse photométrique (14) comporte au moins une diode émettrice (52) électroluminescente pour l'émission d'une lumière monochromatique, et coopérant avec une photodiode réceptrice (54) sur le côté opposé du support mobile (19). 8. Tte de mesure optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la face inférieure de la plaque d'analyse (18) est confinée dans une enceinte (56) fermée, maintenue à une température prédéterminée par une régulation thermostatique. 9. Tte de mesure optique selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'enceinte (56) est dotée d'une paroi (58) souple déformable autorisant le déplacement du support mobile (19) sous la plaque d'analyse (18).