Brevet FR2788042A1 — publié le 20000707

La présente invention concerne un dispositif de stockage automatisé et climatisé pour des microplaques ou des microtubes contenant des échantillons biologiques ou chimiques, d'origine naturelle ou synthétique. La recherche de nouveaux médicaments fait appel à de nouvelles stratégies destinées à générer la découverte d'un plus grand nombre de molécules candidates à devenir ultérieurement un médicament. Dans ces nouvelles stratégies, les industries pharmaceutiques sont amenées à synthétiser et tester des milliers voire des millions de molécules sur des périodes de temps très courtes. Ces molécules doivent être conditionnées pour être prêtes au test et stockées en attendant d'être testées. Traditionnellement, les molécules sont conditionnées soit dans des microplaques, soit dans des microtubes, les deux formats procurant un stockage compact. Les microplaques ou microtubes doivent ensuite être stockés dans des conditions d'ambiance spécifiques, fréquemment en température négative, voire en atmosphère inerte. Un stockage en chambre froide de milliers de microplaques est délicat à gérer, tant en praticabilité (rangement, accès, givre, etc.) qu'en traçabilité (erreur humaine potentiellement importante, gestion de stock délicate, etc.). Le dispositif selon l'invention permet de gérer automatiquement un stock très important de microplaques (plusieurs milliers), tout en procurant les conditions climatiques adéquates et une traçabilité rigoureuse par lecture des codes-à-barres portés par les microplaques, que ce soit à l'entrée ou à la sortie du stockage. L'aptitude du dispositif à pouvoir charger ou décharger automatiquement des mnicroplaques sans intervention humaine apporte également un confort important aux opérateurs du laboratoire et la possibilité de gérer le stock sur informatique en temps réel. Les dessins annexés illustrent l'invention: La figure 1 représente en coupe verticale le dispositif de l'invention. La figure 2 représente en coupe horizontale le dispositif de l'invention. La figure 3 représente en vue de face une étagère du dispositif de l'invention. La figure 4 représente en coupe de profil un tiroir contenant 2 microplaques. La figure 5 représente en vue de profil la cinématique d'arrimage par crochet d'un tiroir selon les étapes I à 3. La figure 6 représente en vue de dessus, de côté et de face le manipulateur de microplaques du dispositif de l'invention. La figure 7 représente en vue de dessus la cinématique d'extraction d'un tiroir et de la capture d'une microplaque par le manipulateur selon différentes phases: I.Arrimage du tiroir, 2.Extraction du tiroir, 3.Capture et élévation d'une microplaque, 4. Retour du tiroir sur l'étagère. La figure 8 représente en vue de dessus le tiroir-sas du dispositif de l'invention. La figure 9 représente le schéma de circulation d'air du dispositif selon l'invention. Le dispositif selon l'invention est composé d'un ensemble d'étagères circulaires(27) et périphériques à un manipulateur automatisé(l 2). Le manipulateur(l 2) permet de transférer les microplaques(1) d'une position de stockage au sas et inversement. Un sas(42) permet de transférer la microplaque de l'extérieur vers le manipulateur ou inversement. L'ensemble est climatisé par un système de circulation d'air forcé et est donc isolé en conséquence. Une porte( 10) est aménagée spécialement pour permettre l'accès à un opérateur pour maintenance, réparation ou autre intervention. Ainsi, selon ce dispositif, une microplaque(l) est automatiquement prise en charge à partir d'une position externe par le sas(42), transférée vers le manipulateur(12) qui la dépose dans une des positions disponibles sur les étagères(27). La microplaque(l) y sera stockée dans les conditions climatiques adéquates jusqu'à utilisation. Dans le dispositif selon l'invention, le stockage est structuré autour d'un ensemble d'étagères circulaires(27) évidées en leur centre. Les étagères sont perforées d'orifices sur la circonférence externe pour un assemblage par enfilement sur des montants verticaux tubulaires(2), percés de trous sur toute la longueur pour la circulation forcée d'air climatisé et constituant la charpente du stockage. La hauteur entre chaque étagère est définie par une cale triangulaire(3) qui s'ajuste autour des montants(2). Ainsi, à partir d'une même structure et de cales de différentes épaisseurs, peut-on construire un stockage pour différents formats de microplaques ou microtubes ou encore de boîte de culture. Chaque étagère(27) comporte des logements sous la forme d'un décrochement(21). Le logement accueille un tiroir(22) et constitue pour celui-ci un guidage latéral et en profondeur; il est ouvert du côté central pour permettre l'extraction du dit tiroir, et fermé du côté périphérique afin de constituer une butée lors du retour du tiroir dans son logement. Ces logements sont aménagés selon le rayon des étagères(27) et sur toute la circonférence, avec la plus grande densité possible. Le tiroir(22) constitue l'entité de stockage élémentaire. Il est constitué d'une plate-forme présentant des saillies perpendiculaires(25) de quelques millimètres et constituant des butées de calage des microplaques(l). Il comprend également, du côté central, une face(24) contenant une fente(23) pour l'arrimage du crochet d'extraction(26) et un composant électrique, optique ou magnétique qui, en réponse à un composant similaire installé sur le manipulateur(12), permet le positionnement précis de ce dernier avant extraction du tiroir(22). Le tiroir peut être conçu de façon à contenir deux ou plus positions de stockage alignées pour microplaques(l). Le centre du stockage est utilisé pour l'installation du manipulateur(l12) des microplaques. Le manipulateur(1 2) est fixé sur un portique(6) tournant sur roulements à billes(1 4) emboités dans les plafond(15) et plancher(19) du stockage. La rotation du portique(6) est obtenue grâce à un moteur(l 7) solidaire du portique entrainant un pignon et lui-même en prise sur un autre pignon de plus grande taille et fixé au plafond du stockage(l 5). Le montage peut également être réalisé sur le plancher du stockage(19). Le manipulateur(l 2) peut se mouvoir verticalement à l'intérieur du portique(6) pour accéder à différentes étagères(27); l'ensemble se déplace grâce à une motorisation par courroie(9) crantée et des guidages verticaux à billes(7). Un codeur optique permet de positionner le manipulateur(l12) à des hauteurs très précises et de manière continue. Le manipulateur des microplaques(12) proprement dit est composé d'une plate-forme de réception des tiroirs(25). Un portique(3 1) est fixé sur cette plate-forme et supporte le mécanisme de capture et de soulèvement de la microplaque(30). Une fente(29) est aménagée le long de la plate- forme(25) pour permettre le passage du mécanisme d'entraînement(36) de la plaque d'extraction(5) des tiroirs(22). La plaque d'extraction(5) peut être entraînée par une motorisation à courroie crantée(33) et guidages à billes(32). Cette plaque(5) est pourvue, à son extrémité faisant face aux tiroirs(22), d'un crochet sur pivot(26) pour l'arrimage des tiroirs. Lorsque la plaque(5) est repoussée vers le tiroir(22), le crochet(26) n'est plus supporté par la plate-forme(25), pivote vers le bas et passe sous la face avant(24) du tiroir. Un ressort peut mettre le crochet(26) en pression sur la plate- forme(25) pour s'assurer du mouvement de celui-ci. Lorsque la plaque d'extraction(5) est retirée en arrière, le crochet(26) est repoussé vers le haut par la plate-forme(25) et s'arrime naturellement dans l'espace aménagé(23) à cet effet dans la face avant(24) du tiroir(22). En retirant plus loin encore la plaque d'extraction(5), le tiroir(22) est extrait sur la plate-forme(25). Des capteurs installés sur la plate-forme(25) indiquent la position du tiroir(22) afin de stopper l'extraction à l'endroit requis pour retirer la microplaque(l) souhaitée. Lorsque le tiroir(22) est correctement positionné, le mécanisme de capture(30) de la microplaque est descendu automatiquement. Lorsque les pinces(30) sont à hauteur correcte, celles- ci sont fermées sur les bords de la microplaque(l). La microplaque est ensuite soulevée d'une hauteur supérieure à celle de la microplaque sur le tiroir(22) de manière à permettre le retrait du tiroir vers l'étagère(27). Pour obtenir une fermeture symétrique des pinces, chaque pince(34) est associée à une crémaillère et à un guidage à billes. Les deux crémaillères se font face et sont entraînées par un moteur à pignon unique et central(35), de sorte que les pinces se ferment ou s'ouvrent symétriquement. Un capteur de consommation de courant indique lorsque les pinces sont refermées sur les bords de la microplaque. Les pinces(34) sont équipées à leur extrémité en contact avec la microplaque(l) d'une pièce en caoutchouc compatible avec les faibles températures pour assurer une bonne prise antidérapante. Le mécanisme des pinces(30) est lui-même fixé sur un bâti coulissant librement sur guidages verticaux à billes vissés sur le portique(3 1) décrit plus haut. Un moteur à pignon fixé sur ce bâti motorise la montée ou la descente du mécanisme des pinces par entraînement sur crémaillère. Des capteurs de fmin de course indiquent la position du bâti, haute ou basse. Lorsqu'une microplaque(l) est capturée par le manipulateur(1l2), celle-ci est ensuite déposée dans le sas(42) pour transfert vers l'extérieur de l'enceinte. Le sas est double pour améliorer la productivité. Les deux sas sont superposés, sont parfaitement identiques et permettent chacun et indifféremment les opérations de sortie ou d'entrée de microplaques. Le sas est construit sur un tiroir(42) tel que présenté plus haut de sorte que l'encombrement est réduit au minimum pour plus d'espace de stockage. La position la plus périphérique du tiroir est réservée pour le transfert des microplaques, alors que la position la plus centrale loge la motorisation du sas sous la forme d'un moteur(4 1) équipé d'un pignon(40). Une fente est aménagée dans le fond du tiroir de sorte que le pignon puisse prendre prise sur une crémaillère(38) encastrée dans l'étagère(27) supportant le dit tiroir(42). Dans l'étagère sont également installées une piste électrique(39) pour l'amenée du courant nécessaire, ainsi que deux pistes magnétiques(37) dont la fonction est de maintenir le tiroir(42) parfaitement en contact avec l'étagère(27) et donc la crémaillère(38) et l'alimentation électrique(39). Sur l'étagère(27), et de chaque côté du tiroir-sas(42), sont installées des tiges télescopiques(43) à guidage à billes. Lorsqu'une microplaque est apportée par le manipulateur(12), celui-ci extrait le tiroir-sas(42), dépose la microplaque et repousse le tiroir sur l'étagère(27). Ensuite, par sa propre motorisation à crémaillère(41), le tiroir-sas(42) se déplace vers l'extérieur jusqu'à un porte-à-faux d'environ 180 mm afin de mettre la microplaque(l) à disposition de tout mécanisme de préhension de type robotique ou opérateur humain. Pour supporter le porte-à-faux et réduire le risque de dérive par rapport à l'horizontale, le tiroir-sas(42) emporte en sortant les deux tiges télescopiques(43) par emboîtement dans la face arrière du tiroirsas. Pour réduire les déperditions, une porte automatique de dimensions restreintes est aménagée dans l'épaisseur de l'enceinte et ne s'ouvre que lorsque le tiroir-sas se déplace vers l'extérieur. Cette porte peut être, par exemple, installée sur pivot et actionnée par un moteur électrique ou pneumatique. Des joints équipent le pourtour de la porte pour assurer l'étanchéité. Chaque sas possède sa propre porte. L'enceinte de stockage est complètement étanche et isolée par un polymère(4) qui peut être du polyuréthane en épaisseur suffisante pour atteindre des températures avoisinant les -30 C. Une attention toute particulière est apportée pour éviter tous les ponts thermiques: la structure complète du stockage est enfermée dans une double-enveloppe d'isolation. Le pont thermique occasionné par les pieds du stockage(18) est réduit par l'utilisation de matériau isolant tel que du nylon pour leur fabrication. Sur 30 d'angle environ, les étagères(27) sont ouvertes afin de ménager un accès opérateur à l'intérieur de l'enceinte de stockage. Cet accès est fermé de manière étanche par une porte(1O) montée sur des gonds qui sont eux-mêmes fixés sur des glissières( 1) pour pennettre, après ouverture de la porte, de tirer dessus afin de dégager au mieux l'ouverture. L'espace ménagé par l'emplacement de la porte est mis à profit pour l'installation des boîtiers de commande, d'alimentation électrique et de régulation climatique. L'ensemble est posé sur une plate-forme sur rails pour permettre de dégager la porte. La régulation climatique est structurée autour d'un groupe de climatisation(44) qui injecte l'air conditionné dans l'enceinte à tous les niveaux au travers des montants perforés(2) décrits plus haut. L'air est ensuite repris dans l'enceinte par un reniflard(46) sous forme de disque perforé sur sa périphérie et aspiré dans le groupe. Des capteurs sont installés en entrée et sortie de groupe pour la régulation. Le renouvellement complet ou partiel de l'atmosphère de l'enceinte est obtenu grâce à un clapet motorisé en amont du climatiseur et qui permet de re-diriger le flux d'air vers l'extérieur. De l'air propre est repris sur l'ambiance externe en amont du climatiseur avant d'être injecté dans l'enceinte. Le renouvellement peut être nécessaire en cas de contamination de l'air par des solvants organiques, des organismes vivants, des gaz non souhaités. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour le stockage automatisé de microplaques caractérisé en ce qu'il comporte une partie de stockage circulaire, constituée d'étagères comportant des emplacements pour des tiroirs coulissants et contenant les dites microplaques et périphérique à un manipulateur automatisé de microplaques, un système de sas automoteur permettant l'entrée et la sortie automatisées de microplaques, un système de circulation d'air pour la régulation des conditions atmosphériques de l'enceinte du stockage basé sur des montants perforés et constituant la charpente du stockage. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il permet le stockage automatisé de microplaque de tout format, ou de microtubes arrangés en portoir, ou de boîte de culture cellulaire. 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les étagères de stockage sont circulaires et fixes. 4) Dispositif selon les revendications I caractérisé en ce que les microplaques sont placées sur des tiroirs disposés en rayon sur les étagères, les tiroirs glissant librement sur celles-ci et comportant des logements pour 2 ou plus microplaques alignées. ) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le manipulateur automatique des microplaques est situé au centre des étagères de stockage, sur un portique apportant la mobilité verticale et la rotation. 6) Dispositif selon les revendications 1 et 5 caractérisé en ce que le manipulateur peut extraire un tiroir d'une distance ajustable, capturer la microplaque souhaitée grâce à un jeu de pinces à fermetures mécanisées, puis la soulever d'une hauteur au moins équivalente à celle de la microplaque pour permettre le retour du tiroir sur l'étagère. 7) Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que le centrage des pinces pour la capture des microplaques est obtenu grâce à un montage à crémaillères, chaque pince étant associée à une crémaillère, les deux crémaillères étant en prise avec un pignon central qui, par rotation, alternativement rapproche ou éloigne les pinces, provoquant fermeture ou ouverture de ces dernières. 8) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le tiroir du sas se déplace grâce à une motorisation embarquée par l'intermédiaire d'un pignon en prise sur une crémaillère encastrée dans l'étagère supportant ledit tiroir. 9) Dispositif selon la revendication I caractérisé en ce que l'écartement vertical des étagères est obtenu par des cales d'épaisseur définie et encastrées autour des montants constituant la charpente du stockage. Les cales sont perforées pour permettre le passage de l'air. ) Dispositif selon les revendications 1 et 9 caractérisée en ce que la climatisation de l'enceinte est obtenue en injectant l'air dans l'enceinte par les montants tubulaires perforés constituant la charpente du stockage.