Brevet FR2790685A1 — publié le 20000915

DESCRIPTION La présente invention concerne une carte d'analyse comportant au moins une ouverture pour l'introduction d'un échantillon fluidique dans la carte, un compartiment d'arrivée qui peut recevoir, directement ou indirectement, tout ou partie de l'échantillon introduit, et un canal primaire d'amenée dudit échantillon de l'ouverture d'introduction vers le compartiment d'arrivée (transfert direct), ou d'un compartiment intermédiaire vers ledit compartiment d'arrivée (transfert indirect). L'invention concerne plus particulièrement des moyens permettant d'améliorer le remplissage de chaque compartiment. L'état de la technique est constitué par les brevets US-A-5,746,980, USA- ,766,553 et US-A-5,843,380, délivrés à la demanderesse. Ces documents divulguent une amélioration pour les cartes d'analyse. Ainsi, les compartiments d'analyse de cette carte, sont associés à un piège à bulles, qui est constitué par un petit récipient relié au compartiment par un canal. Toutefois, ce piège à bulles est d'un volume très inférieur au volume du compartiment auquel il est associé. Le piège n'a donc pas pour rôle de faciliter le remplissage dudit compartiment, mais d'éviter la présence de bulles dans le puits du compartiment pour faciliter la lecture optique en cours d'analyse. De plus, les analytes présents dans les bulles qui viennent exploser dans ledit piège ne seront pas utilisés dans la réaction devant être réalisée dans ce compartiment, ce qui peut nuire à la précision de l'analyse. Conformément à la présente invention, au moins un des compartiments est associé à un récipient, qui n'est pas un piège à bulles, puisqu'il ne doit pas contenir de liquide. Par contre il augmente le volume total dudit compartiment et facilite ainsi son remplissage. Bien entendu il est tout à fait possible d'incorporer entre le compartiment et le récipient, un piège à bulles tel que défini ci-dessus. A cet effet, la présente invention concerne une carte d'analyse comportant au moins: - une ouverture pour l'introduction d'un échantillon fluidique dans la carte, - un compartiment d'arrivée qui peut recevoir, directement ou indirectement, tout ou partie de l'échantillon introduit, et - un canal primaire d'amenée dudit échantillon de l'ouverture d'introduction vers le compartiment d'arrivée (transfert direct), ou d'un compartiment intermédiaire vers ledit compartiment d'arrivée (transfert indirect), caractérisée par le fait que chaque compartiment intermédiaire ou d'arrivée est relié à un volume tampon, situé au sein de la carte, dont la disposition et la configuration empêchent le remplissage par l'échantillon introduit. Préférentiellement, un canal est présent entre le compartiment et le volume tampon. Selon une variante de réalisation, la carte est positionnée verticalement ou de façon inclinée lors de son utilisation, et donc lors du transfert de l'échantillon fluidique, et le point d'intersection entre le compartiment et le canal est positionné en partie supérieure, et préférentiellement au niveau le plus haut, de ce compartiment. Selon une autre variante de réalisation complémentaire, cette carte est positionnée verticalement lors de son utilisation, et donc lors du transfert de l'échantillon fluidique, et le point d'intersection entre le volume tampon et le canal est positionné en partie supérieure, et préférentiellement au niveau le plus haut, de ce volume tampon. Dans le cas o la carte est de forme sensiblement plate, qui comporte deux faces opposées sensiblement parallèles, le compartiment est situé sur une face de la carte et que le volume tampon est situé sur la face opposée, ledit compartiment et ledit volume tampon étant reliés l'un à l'autre par un canal traversant. Dans un mode particulier de réalisation, la contenance du compartiment et la contenance du volume tampon sont sensiblement identiques. Selon une autre variante de réalisation, un appareil, permettant de casser les bulles que l'échantillon fluidique pourrait créer, est présent au niveau du ou remplace le canal. Un tel appareil est déjà bien décrit dans l'état de la technique développé auparavant, mais également dans deux demandes de brevet déposées par la demanderesse le même jour que la présente invention et intitulée pour le premier: consommable ". D'ailleurs le volume tampon peut être un élément très important dans le dispositif de pompage selon la seconde demande de brevet ci-dessus exposée. Ainsi lorsque l'on appuie sur le film flexible pour comprimer le volume d'un des compartiments, il est possible également de comprimer simultanément le volume tampon qui y est associé. Il est donc particulièrement intéressant d'avoir un compartiment et un volume tampon qui sont situés sur deux faces opposées de la carte, au même niveau l'un de l'autre, afin que les pressions sur les deux récipients s'additionnent. Bien entendu, il est nécessaire que chaque récipient soit recouvert d'un film flexible, qui peut être le même, à la condition que ledit film prenne en sandwich ladite carte. Plus précisément, l'appareil, permettant de casser les bulles, est constitué d'une chambre de section supérieure à l'orifice présent entre le compartiment et la chambre. Dans le cas o la carte comporte deux faces opposées, dont au moins une est revêtue d'un film flexible, cloisonnant la carte, le volume tampon comporte au moins une languette de rigidification, afin d'éviter que le film vienne au contact du fond dudit volume tampon. Quelque soit le mode de réalisation, la carte comporte au moins: - deux compartiments d'arrivée qui peuvent recevoir, directement ou indirectement, une partie de l'échantillon introduit, et - deux canaux primaires d'amenée dudit échantillon de l'ouverture d'introduction vers les compartiments d'arrivée (transfert direct), ou d'au moins un compartiment intermédiaire vers lesdits compartiments d'arrivée (transfert indirect), chaque canal primaire d'amenée ne fonctionnant qu'avec un compartiment d'arrivée et l'ensemble constituant, avec le volume tampon qui y est associé, une ligne de réaction, ladite carte se caractérise par le fait que la disposition et la configuration de chaque ligne de réaction entraînent une perte de charge identique à celle subie dans chaque autre ligne de réaction en parallèle et permettant le remplissage identique de chaque récipient. Selon une première variante de réalisation, les volumes tampons sont reliés les uns aux autres. Selon une deuxième variante de réalisation, chaque volume tampon est constitué par un canal qui comporte au moins une ouverture sur l'extérieur de la carte. Selon une troisième variante de réalisation, l'ouverture est située à l'extrémité libre du canal constituant le volume tampon. Selon une quatrième variante de réalisation, l'ensemble des volumes tampons ont une ouverture commune. Selon une cinquième variante de réalisation, une vanne est présente au niveau de l'ouverture. Selon un mode particulier de réalisation, la carte comporte au moins: - deux compartiments d'arrivée qui peuvent recevoir, directement ou indirectement, une partie de l'échantillon introduit, et deux canaux primaires d'amenée dudit échantillon de l'ouverture d'introduction vers les compartiments d'arrivée (transfert direct), ou d'au moins un compartiment intermédiaire vers lesdits compartiments d'arrivée (transfert indirect), chaque canal primaire d'amenée ne fonctionnant qu'avec un compartiment d'arrivée et l'ensemble constituant, avec le volume tampon qui y est associé, une ligne de réaction, ladite carte se caractérise par le fait que l'ensemble des lignes de réaction comporte un seul volume tampon commun. Selon une autre variante de réalisation, un volume tampon est associé à chaque compartiment intermédiaire et/ou compartiment d'arrivée. L'utilisation d'une telle carte concerne l'analyse d'un ou plusieurs échantillons liquides différents dans lequel on cherche à identifier un ou plusieurs analytes selon tous les processus simples ou complexes d'analyse mettant en jeu un ou plusieurs réactifs différents selon la nature chimique, physique ou biologique du ou des analytes recherchés. Les principes techniques définis ci-après ne sont pas limités à un analyte particulier, la seule condition requise étant que l'analyte soit distribué dans l'échantillon à analyser en suspension ou en solution. En particulier, le processus d'analyse mis en oeuvre peut être effectué, sous forme homogène ou hétérogène ou mixte. Un mode particulier, non limitatif d'une telle carte, concerne l'analyse biologique, d'un ou plusieurs ligands, nécessitant pour leur détection et/ou leur quantification l'utilisation d'un ou plusieurs anti-ligands. Par ligand, on entend toute espèce biologique comme par exemple, un antigène, un fragment d'antigène, un peptide, un anticorps, un fragment d'anticorps, un haptène, un acide nucléique, un fragment d'acide nucléique, une hormone, une vitamine. Un exemple d'application des techniques d'analyse concerne les immunoessais, quelque soit leur format, par analyse directe ou par compétition. Un autre exemple d'application concerne la détection et/ou la quantification d'acides nucléiques comprenant l'ensemble des opérations nécessaires à cette détection et/ou cette quantification à partir d'un prélèvement quelconque contenant les acides nucléiques cibles. Parmi ces différentes opérations on peut citer la lyse, la fluidification, la concentration, les étapes d'amplification enzymatique des acides nucléiques, les étapes de détection incorporant une étape d'hybridation utilisant par exemple une puce à ADN ou une sonde marquée. La demande de brevet WO-A-97/02357 ou la demande de brevet FR- 99/00111 déposée par la demanderesse explicite différentes étapes nécessaires dans le cas d'analyse d'acides nucléiques. La description ci-après est donnée à titre d'exemple explicatif et n'a aucun caractère limitatif. Elle permettra de mieux comprendre l'invention. La présente invention concerne un dispositif permettant de faciliter le remplissage d'une carte d'analyse, et plus particulièrement de compartiments. Selon un mode de réalisation particulier dans lequel une carte d'analyse contient cinq compartiments d'arrivée. Bien entendu, ce nombre de compartiments n'est absolument pas limitatif, et il est possible d'avoir un seul compartiment comme une multitude. En terme de réalisation, la carte d'analyse est obtenue par usinage d'une matière plastique technique, comme par exemple le polystyrène choc référence R540E de la société GOODFELLOW, compatible avec les liquides traités. Dans un mode de réalisation industriel, la carte pourrait être obtenu par moulage de précision, mais toutes autres méthodes de fabrication et notamment celles utilisées dans les techniques de semi-conducteur comme celles décrites dans la demande de brevet WO-A- 97/02357 sont utilisables pour la fabrication de carte d'analyse. L'objectif essentiel de cette invention est d'associer à chaque récipient au moins un volume tampon qui permet d'augmenter le volume disponible pour l'aspiration de l'échantillon liquide qui doit être introduit par l'ouverture d'introduction ou vanne d'introduction. De cette vanne partent cinq canaux primaires d'amenée permettant le transfert d'un échantillon biologique introduit vers les compartiments d'arrivée. En fait, la carte est généralement utilisée de manière verticale ou éventuellement de manière inclinée. Une utilisation horizontale est possible et envisageable, néanmoins il ne s'agit pas d'un mode préférentiel d'utilisation. Ainsi, pour permettre le transfert du liquide biologique depuis l'ouverture d'introduction vers les compartiments d'arrivée, il est nécessaire préalablement de créer une dépression dans l'ensemble du réseau de canalisation. Ces techniques sont bien connues de l'homme du métier. On note au niveau de chaque compartiment, la présence d'un appareil qui permet de casser les bulles pouvant se créer, lorsque le liquide introduit débouche dans le récipient. Cet appareil est essentiellement constitué d'une chambre qui est séparée du volume du compartiment d'arrivée par l'intermédiaire d'un orifice, dont les dimensions sont plus réduites que le compartiment ou que la chambre. De ce fait, toute bulle qui se forme au niveau de cet orifice comprend une quantité de liquide qui n'est pas suffisante pour accepter l'augmentation de section de la chambre. Les bulles vont donc exploser dans cette chambre. Dans le cas de l'utilisation verticale de la carte, le liquide présent dans les bulles descend au fond du compartiment après l'explosion de la bulle. Il n'y a donc pas de perte en ligne et la précision de remplissage du compartiment s'en trouve améliorée. Ceci est particulièrement valable dans le cas d'utilisation de liquides biologiques qui contiennent des détergents comme le Triton X100 (marque déposée), le Tween 20 (marque déposée), le SDS (Sodium Dodecyl Sulfate) ou le Lauryl Sulfate de Lithium ou Sodium et qui ont tendance à mousser. Des arêtes vives sont présentes au niveau de l'orifice, présent entre le compartiment et la chambre pour favoriser l'éclatement des bulles. Au niveau de ladite chambre, il y a la présence d'un canal, qui a un premier point d'intersection existant entre ce canal et le compartiment, ou plus exactement entre le canal et l'appareil permettant de casser les bulles. Néanmoins, on peut tout à fait imaginer que chaque compartiment ne comporte pas d'appareil pour casser les bulles et que ce premier point d'intersection soit directement présent dans le récipient. Du fait de l'utilisation verticale de la carte, comme il a été précisé ci-dessus, l'appareil est situé en position supérieure au compartiment. De même, le premier point d'intersection est situé en position supérieure de l'appareil. Cette configuration permet lors du remplissage d'un compartiment d'éviter le remplissage du volume tampon qui y est associé. On remarque la présence en partie inférieure de chaque compartiment d'une ouverture de sortie, également appelée vanne de sortie. Des vannes utilisables dans la présente invention existent dans l'état de la technique, et également la demande de brevet déposée par la demanderesse en date du 8 septembre 1998, sous le numéro de dépôt FR98/l 1383 et dont le titre est le suivant: " Dispositif permettant des réactions, système de transfert entre dispositifs et procédé de mise en oeuvre d'un tel système ". La présence de vanne, que ce soit au niveau de l'introduction ou de la sortie, permet de contrôler le mouvement de l'échantillon liquide introduit. Dans un mode particulier de réalisation, o il est nécessaire de chauffer un compartiment pour favoriser une réaction chimique ou biologique à des températures comprises par exemple entre 30 et 120 C et avantageusement entre 40 et 95 C, la présence de vannes permet de limiter les phénomènes d'évaporation qui peuvent conduire à une modification du volume dans le compartiment induisant un chauffage non contrôlé des réactifs ou un problème de contamination dans un autre compartiment. Un autre avantage du volume tampon, dans ce mode particulier de réalisation incluant une étape de chauffage, est d'absorber les variations de pression dues au chauffage rendant non nécessaire la présence d'un évent sur la carte d'analyse et donc réduisant les risques de contamination. Pour cela il est préférable que le volume tampon soit isolé thermiquement ou bien positionné à un endroit de la carte o le transfert thermique dû au chauffage du compartiment réactionnel qui lui est associé soit minimisé Bien entendu, on peut imaginer un canal ou plusieurs canaux permettant d'amener le liquide au niveau de l'ouverture d'introduction et également au moins un canal d'évacuation au niveau de l'ouverture de sortie, ces canaux associés pouvant être intégrés à ladite carte d'analyse, et permettre l'envoi du liquide vers d'autres zones de la carte ou d'autres cartes, o d'autres traitements et/ou réactions pourront être opérés. L'autre face de la carte d'analyse a un point commun avec la face décrite ci- dessus, qui réside dans la présence également du canal qui est symbolisé sur cette face par un second point d'intersection. Ce second point est le point d'intersection présent entre le volume tampon et le canal. On remarque que le volume tampon est d'un volume assez important, c'està-dire au moins égal au volume de chaque compartiment d'arrivée, même lorsque le volume de ce compartiment est associé avec le volume de son canal primaire d'amenée. La forme du volume tampon est sensiblement rectangulaire mais d'autres formes pourraient être choisies sans affecter la fonction de ce volume tampon. Ce volume tampon peut varier entre I et 5000 microlitres avantageusement entre 5 et 2000 microlitres et préférentiellement entre 10 et 1000 microlitres. Le volume du compartiment peut varier sensiblement dans les mêmes proportions. A titre d'exemple, un volume tampon, défini par un parallélépipède rectangle de 30 millimètres (mm) sur 10 mm et de profondeur de 1 mm, peut être utilisé. Les languettes de rigidification ne modifient pas sensiblement le volume. Le canal traversant ou le canal d'amenée peut être de section, carrée rectangulaire, ovale ou circulaire. Par exemple, un canal traversant de section circulaire de diamètre compris entre 0,1 et 4 mm et avantageusement entre 0,3 et 2 mm est adapté au volume tampon décrit précédemment. Dans cette configuration et toujours à titre d'exemple, le canal primaire d'amenée peut varier dans les mêmes proportions. La carte d'analyse est de forme plate, c'est-à-dire qu'elle comporte deux faces, une face o est implanté le compartiment et une face o est implanté le volume tampon. Le lien entre lesdits compartiment et volume tampon réside dans la présence du canal qui est un canal traversant. Le canal est relié au compartiment, et plus particulièrement à l'appareil pour casser les bulles, par l'intermédiaire du premier point d'intersection et au volume tampon par l'intermédiaire du second point d'intersection, déjà définis précédemment. Les deux faces sont recouvertes par une cloison ou un film flexible qui délimite les différents volumes. La nature du film flexible peut varier en fonction de la nature de la carte d'analyse et des fluides testés notamment pour des raisons de compatibilité. Par exemple, un film polymère TPX (polyméthylepentène) ou BOPP (polypropylène bi- orienté) permet de réaliser des tests biologiques. La fixation de ces films peut être réalisée par collage (enduction de colle comme par exemple les colles silicones sur le film) ou par soudure. Un exemple de BOPP adhésif est fourni par la société BioMérieux Inc (St Louis, MO, USA) sous la référence 022004-2184. Les dimensions du volume tampon étant assez importantes, il peut être nécessaire d'ajouter des languettes de rigidification. Au niveau du compartiment, on remarque que l'introduction du liquide dans ledit compartiment s'effectue par l'intermédiaire d'un moyen de drainage qui consiste en une pente due à une forme du fond dudit compartiment. Cette forme particulière permet d'utiliser la capillarité lorsque le liquide débouche ledit compartiment et ainsi de faciliter le déversement du liquide dans ce compartiment. Le volume tampon peut être constitué de formes différentes. On note une nouvelle fois la présence des seconds points d'intersection entre le volume tampon et le canal traversant. Chaque volume tampon est constitué d'un canal qui comporte une longueur, un volume et une forme adaptés permettant de contrôler la perte de charge au niveau de chaque compartiment. De ce fait, il est possible de jouer soit sur le diamètre du canal soit sur le nombre de virages soit enfin sur la longueur de chacun de ces canaux pour moduler cette perte de charge. Les dimensions du canal constituant le volume tampon sont définies par l'homme du métier. Les dimensions données précédemment pour les canaux sont utilisables mais avantageusement, une réduction de taille sur tout ou partie du canal pour augmenter l'effet perte de charge sera applicable comme par exemple une section demi-circulaire de diamètre 0,02 à 0,6 mm et préférentiellement de 0,2 à 0,4 mm. C'est d'ailleurs le même état d'esprit qui a engendré la forme des canaux primaires d'amenée. Une chaîne de réaction est en fait constituée d'un canal primaire d'amenée associé à un compartiment, éventuellement à un appareil permettant de casser les bulles, à un canal traversant et à un volume tampon, qui peut avoir différentes formes. L'objectif de la présente invention est également de permettre un remplissage identique de chaque compartiment. Pour ce faire, il est nécessaire que la forme de chaque canal primaire d'amenée en combinaison avec le volume tampon ou le volume et la forme du volume tampon soient calculés pour avoir une perte de charge identique au niveau de chaque compartiment. De ce fait, lorsque le liquide sera introduit au niveau de l'ouverture, la répartition sera totalement équilibrée dans chaque compartiment. Ceci est particulièrement intéressant dans le domaine de la biologie o la Il micro-fluidique qui est utilisée sur les cartes d'analyse peut entraîner, par endroit, des phénomènes de rétention de liquide. Le calcul et la bonne prise en compte de ces phénomènes de capillarité et de perte de charge font qu'il est possible d'obtenir des volumes identiques dans chaque compartiment. s Selon d'autres modes de réalisation, il est possible de relier les volumes tampon entre eux. Ainsi, les extrémités libres des volumes tampons se rejoignent au niveau de l'ouverture du volume tampon sur l'extérieur o est située la vanne. Selon un mode de réalisation, il est également possible que l'ensemble des canaux se rejoignent tous dans le même volume tampon. REVENDICATIONS 1. Carte d'analyse comportant au moins: - une ouverture pour l'introduction d'un échantillon fluidique dans la carte, - un compartiment d'arrivée qui peut recevoir, directement ou indirectement, tout ou partie de l'échantillon introduit, et - un canal primaire d'amenée dudit échantillon de l'ouverture d'introduction vers le compartiment d'arrivée (transfert direct), ou d'un compartiment intermédiaire vers ledit compartiment d'arrivée (transfert indirect), caractérisée par le fait que chaque compartiment intermédiaire ou d'arrivée est relié à un volume tampon, situé au sein de la carte, dont la disposition et la configuration empêchent le remplissage par l'échantillon introduit. 2. Carte, selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'un canal est présent entre le compartiment et le volume tampon. 3. Carte, selon l'une quelconque des revendications I ou 2, caractérisée par le fait qu'elle est positionnée verticalement ou de façon inclinée lors de son utilisation, et donc lors du transfert de l'échantillon fluidique, et que le point d'intersection entre le compartiment et le canal est positionné en partie supérieure, et préférentiellement au niveau le plus haut, de ce compartiment. 4. Carte, selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait qu'elle est positionnée verticalement lors de son utilisation, et donc lors du transfert de l'échantillon fluidique, et que le point d'intersection entre le volume tampon et le canal est positionné en partie supérieure, et préférentiellement au niveau le plus haut, de ce volume tampon. 5. Carte, selon l'une quelconque des revendications I à 4, de forme sensiblement plate, qui comporte deux faces opposées sensiblement parallèles, caractérisée par le fait que le compartiment est situé sur une face de la carte et que le volume tampon est situé sur la face opposée, ledit compartiment et ledit volume tampon étant reliés l'un à l'autre par un canal traversant. 6. Carte, selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que la contenance du compartiment et la contenance du volume tampon sont sensiblement identiques. 7. Carte, selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait quun appareil, permettant de casser les bulles que l'échantillon fluidique pourrait créer, est présent au niveau du ou remplace le canal. 8. Carte, selon la revendication 7, caractérisée par le fait que l'appareil, permettant de casser les bulles, est constitué d'une chambre de section supérieure à l'orifice présent entre le compartiment et la chambre. 9. Carte, selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dont au moins une des deux faces opposées est revêtue d'un film flexible, cloisonnant la carte, caractérisée par le fait que le volume tampon comporte au moins une languette de rigidification, afin d'éviter que le film vienne au contact du fond dudit volume tampon. 10. Carte, selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comportant au moins: - deux compartiments d'arrivée qui peuvent recevoir, directement ou indirectement, une partie de l'échantillon introduit, et - deux canaux primaires d'amenée dudit échantillon de l'ouverture d'introduction vers les compartiments d'arrivée (transfert direct), ou d'au moins un compartiment intermédiaire vers lesdits compartiments d'arrivée (transfert indirect), chaque canal primaire d'amenée ne fonctionnant qu'avec un compartiment d'arrivée et l'ensemble constituant, avec le volume tampon qui y est associé, une ligne de réaction, caractérisée par le fait que la disposition et la configuration de chaque ligne de réaction entraînent une perte de charge identique à celle subie dans chaque autre ligne de réaction en parallèle et permettant le remplissage identique de chaque compartiment. Il. Carte, selon la revendication 10, caractérisée par le fait que les volumes tampons sont reliés les uns aux autres. 12. Carte, selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11, caractérisée par le fait que chaque volume tampon est constitué par un canal qui comporte au moins une ouverture sur l'extérieur de la carte. 13. Carte, selon la revendication 12, caractérisée par le fait que l'ouverture est située à l'extrémité libre du canal constituant le volume tampon. 14. Carte, selon la revendication 11 en combinaison avec l'une quelconque des revendications 12 ou 13, caractérisée par le fait que l'ensemble des volumes tampons ont une ouverture commune. 15. Carte, selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisée par le fait qu'une vanne est présente au niveau de l'ouverture. 16. Carte, selon l'une quelconque des revendications I à 9, comportant au moins: - deux compartiments d'arrivée qui peuvent recevoir, directement ou indirectement, une partie de l'échantillon introduit, et - deux canaux primaires d'amenée dudit échantillon de l'ouverture d'introduction vers les compartiments d'arrivée (transfert direct), ou d'au moins un compartiment intermédiaire vers lesdits compartiments d'arrivée (transfert indirect), chaque canal primaire d'amenée ne fonctionnant qu'avec un compartiment d'arrivée et l'ensemble constituant, avec le volume tampon qui y est associé, une ligne de réaction, caractérisée par le fait que l'ensemble des lignes de réaction comporte un seul volume tampon commun.