Brevet FR2801108A1 — publié le 20010518

Analyseur chimique ou biochimique à régulation de la température réactionnelle. Domaine technique de l'invention L'invention est relative à un analyseur biochimique comprenant: - un module stockage à plateau de support des tubes d'échantillons et tubes de réactifs, _ - un module prélèvement comprenant une paire d'unités de prélèvement automatique à fonctionnement indépendant, équipées chacune d'une pipette d'aspiration rétractable pour transférer des quantités prédéterminees d'échantillons et de réactifs du plateau vers une cuve réactionnelle d'un module d'analyse, - et des moyens de régulation pour assurer une température d'analyse prédéterminée dans l'analyseur. Etat de la technique Des analyseurs automatiques d'échantillons par colorimétrie sont décrits dans documents -A-2637377, 2672129, et 2672126 pour effectuer des analyses biochimiques. Dans les analyseurs connus, l'enceinte de stockage des tubes d'échantillons des tubes réactifs est refroidie à une température froide pour garantir une conservation des propriétés biochimiques des produits. L'analyse réactionnelle est initiée par le mélange des échantillons et des réactifs dans des cupules, et un dispositif de mesure optique permet de déterminer la densité optique mélange. cuve réactionnelle est maintenue à une température constante durant l'analyse, et cette température est fixée à 37 C pour coïncider à celle corps humain. Le problème posé est celui des fuites d'énergie calorifique, susceptibles d'entraîner des surconsommations d'énergie électrique pour réguler la température des cuves de réaction. Objet de l'invention Un premier objet de l'invention consiste à assurer une homogénéité de la température réactionnelle indépendamment de l'emplacement des cupules contenant le mélange échantillons et réactifs à analyser. Un deuxième objet de l'invention consiste à réguler la température réactionnelle de l'analyseur, et à assurer une mise à température rapide et précise mélange. Un troisième objet de l'invention consiste à assurer la compatibilité du chauffage de la cuve réactionnelle avec la fonctionnalité de la mesure optique. L'analyseur biochimique selon l'invention est caractérisé en ce que - la cuve réactionnelle est chauffée par convection au moyen d'une plaque de chauffage disposée au voisinage de la partie inférieure des cupules, et contrôlée par un circuit de régulation à détection thermique, - au moins une unité de prélèvement est dotée d'un dispositif préchauffeur rapide pour la mise à température du liquide réactif avant son introduction dans les cupules ladite cuve réactionnelle. Selon une caractéristique de l'invention, la plaque de chauffage comprend un réseau de resistances électriques agencées pour répartir uniformément la température de chauffage sur toute la surface de la cuve réactionnelle indépendamment de l'emplacement des cupules. La plaque de chauffage peut être opaque, et est munie dans ce cas d'une pluralité de trous s'étendant coaxialement dans l'alignement des cupules de manière à autoriser le passage du faisceau lumineux du dispositif de mesure optique. Selon un mode de réalisation préférentiel, la plaque de chauffage transparente, et est formée par une plaque en verre de faible épaisseur, sur la face inférieure de laquelle sont imprimées les résistances par un procédé de dépôt à couche mince, ou tout autre procédé de revêtement. La plaque de chauffage verre évite tout écoulement de liquide, et l'efficacité du chauffage est maximum, car la plaque est placée juste en-dessous des cupules. Une plaquette transparente non trouée peut également être accolée sous la plaque de chauffage opaque à trous. Le volume chauffage est placé juste en-dessous de la microplaque, laquelle se trouve chauffée par convection de la manière la plus économique possible, étant donné la chaleur adopte naturellement une direction ascendante. Selon une caractéristique de l'invention, un dispositif préchauffeur des réactifs est intégré dans l'unité de prélèvement, et comporte: - un filament chauffant enroulé autour d'un tube métallique à faible inertie thermique, - une paire capteurs de température agencés aux extrémités du tube pour mesurer les valeurs de la température du liquide réactif prélevé, et la température d'injection dans la cupule, - et un circuit de régulation destiné à ajuster la puissance électrique consommée parle filament chauffant. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'unité de prélèvement comprend de plus un dispositif de mixage piloté par un électro-aimant pour provoquer un mouvement d'oscillation alternatif de la pipette lorsque cette dernière se trouve en position abaissée dans la cupule de la cuve réactionnelle, de manière à brasser le mélange échantillons et réactifs. Préférentiellement, chaque unité de prélèvement est pourvue d'un détecteur de niveau capacitif permettant d'arrêter le mouvement de descente de la pipette d'aspiration légèrement en-dessous de la surface du liquide à prélever. Description sommaire dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre mode de réalisation de l'invention donné 'à titre d'exemple non limitatif, et représenté aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schematique en perspective d'un analyseur biochimique équipé d'un module de prélèvement et d'une cuve réactionnelle selon l'invention; - la figure 2 montre une vue en coupe des unités de prélèvement, et de la cuve réactionnelle de la figure 1 - les figures 3 et 4 représentent des variantes de réalisation du système de chauffage de la cuve réactionnelle; - la figure 5 est une profil du module de prélèvement de la figure 2, représentant le dispositif mixage. Description d'un mode réalisation préférentiel Sur la figure 1, un analyseur 0 biochimique est composé: - d'un module de stockage 12 à plateau 14 rotatif de support des tubes d'échantillons 16 et tubes de réactifs 18, - d'un module d'analyse 20 formé par une cuve réactionnelle 22 à cupules 23 dans lesquelles s'effectue le mélange échantillon-réactif pour une analyse photométrique effectuée par un dispositif de mesure optique décrit dans la demande de brevet français N 9712757 du 8/10I1998, - et d'un module de prélèvement 24 pour transférer des quantites prédéterminées d'échantillons et de réactifs du plateau 14 vers la cuve réactionnelle 22, et en assurer le mélange dans les cupules 23. Le plateau 14 du module de stockage 12 comporte une première couronne externe supportant tubes d'échantillons 16, renfermant notamment du sang, sérum, plasma, etc..., selon le type d'analyse à effectuer, et une deuxième couronne 28 interne concentrique portant les tubes de réactifs 18. Les échantillons sont contenus d'une manière classique dans des tubes primaires formés par des eprouvettes standardisées de 5ml. Les réactifs sont conditionnés dans des tubes primaires standards de 10m1, ce qui permet directement de disposer d'un système d'identification analogue à celui des échantillons. Un lecteur de code à barres 42 est disposé à cet effet à la périphérie du plateau 14 pour le repérage de l'ensemble des tubes 16, 18 à travers un hublot 48. Le plateau 14 rotatif est logé dans une enceinte 44 isothermique pour minimiser les échanges calorifiques avec l'extérieur. L'enceinte 44 est pourvue d'un dispositif de refroidissement 46 à effet Peltier pour maintenir les échantillons et les réactifs à une température adéquate de conservation, par exemple 9 C. Le dissipateur 48 du dispositif de refroidissement 46 est légèrement incliné, et est muni d'un réceptacle 50 équipé d'une buse d'évacuation 52 des condensats. La cuve réactionnelle 22 à cupules 23 du module d'analyse 20 biochimique et hémostatique est formée par une microplaque fixe, réalisée en matériau transparent pour autoriser le passage vertical du faisceau lumineux issu du dispositif de mesure photométrique et colorimétrique décrit dans la demande de brevet français N 9712757 du 8/10I1998. Le module de prélèvement 24 est porté par un chariot mobile 51 à trois axes de liberté pour transférer les liquides d'échantillons et de réactifs vers les emplacements appropriés de la cuve réactionnelle 22. L'analyse du mélange échantillons et réactifs s'effectue dans les cupules 23 de la cuve réactionnelle à une température constante correspondant à la température du corps humain l'ordre de 37 C. mise en température de la cuve réactionnelle 22 est réalisée avec un minimum de déperdition de chaleur, tout en permettant une totale liberté déplacement de la tête de mesure (non représentée) sous la microplaque. Cette dernière prend appui sur une plaque de chauffage 54, laquelle positionnée près de la partie inférieure des cupules 23. la figure 2, la plaque de chauffage 54 comprend des résistances 56 électriques agencées sur toute la surface de manière à assurer le chauffage par convection de la cuve réactionnelle 22. Le chauffage par effet Joule des résistances 56 de la plaque 54 est contrôlé par un circuit de régulation 58 à détecteur thermique. L'ensemble est agencé pour répartir uniformément la température de chauffage sur toute la surface, indépendamment de l'emplacement des cupules 23 sur la cuve réactionnelle 22, et pour assurer une régulation satisfaisante de la température à 37 C. remarque sur les figures 2 à 4 que le faisceau lumineux 60 du dispositif de mesure optique est dirigé dans chaque cupule 23 de la cuve réactionnelle 22 selon un axe vertical qui traverse la plaque de chauffage 54. A cet effet, la plaque de chauffage 54 selon la figure 3 peut être opaque, en étant munie d'une pluralité de trous 62 s'étendant coaxialement avec les cupules 23. La répartition trous 62 permet le passage du faisceau lumineux 60, mais présente l'inconvénient de souiller l'intérieur de l'analyseur 10 en cas de fuite accidentelle liquide. inconvénient peut être évité selon le dispositif de la figure 2 en utilisant une plaque de chauffage 54 transparente, formée par un verre spécial de faible épaisseur transmettant les rayons ultraviolets. Les résistances 56 peuvent être imprimées sur la face inférieure de la plaque en verre par un procédé depôt par couche mince, ou par tout autre procédé connu de l'homme de L'emplacement des réseaux de résistances 56 est choisi pour dégager aires optiques des cupules 23. La plaque de chauffage 54 en verre évite tout écoulement de liquide, et l'efficacité du chauffage est maximum, car la plaque est placee juste en-dessous des cupules 23. La figure 4 montre la plaque de chauffage 54 selon la figure 3 insérée entre base de cuve réactionnelle 22 et une plaquette transparente 64 non trouee. Sur la figure 2, la partie supérieure représente le dispositif de transfert de liquide équipant module de prélèvement 24. II réalise les trois fonctions suivantes: - le prélèvement des échantillons et des réactifs stockés dans les tubes d'échantillons 16 et les tubes de réactifs 18 du plateau 14 rotatif se trouvant dans l'enceinte 44 à la température froide de 9 C; - l'acheminement des prélèvements vers les cupules 23 de la cuve réactionnelle 22 se trouvant à la température chaude de 37 C, - et le mixage du mélange dans les cupules 23 pour un développement homogène de la réaction biochimique. Le dispositif de transfert comporte une paire d'unités de prélèvement 66A, B automatique équipées chacune d'une pipette d'aspiration 68A, 68B rétractable, destinée à être mis en contact avec les liquides, soit dans les tubes 16, 1 du plateau 14 lors du prélèvement , soit dans les cupules 23 de la cuve réactionnelle 22 après le transfert. Les unités de prélèvement 66A, 66B sont reliées ' au moins une pompe 70, 71 de précision assurant le prélèvement la restitution des échantillons et des réactifs. Un système de lavage des pipettes 68A, est également prévu entre chaque phase de prélèvement. L'unité de prélèvement 66A ou 66B est dotée avantageusement d'un dispositif préchauffeur 72 rapide pour assurer la mise à température du mélange réactionnelle, en tenant compte de la différence de température entre le module de stockage 12 (t=9 C) et la cuve réactionnelle 22 (t=37 C). Le dispositif préchauffeur 72 possède une très faible inertie thermique, et comprend un tube 74 métallique, notamment en acier inoxydable ayant un diamètre de l'ordre de 3mm, revêtu sur sa surface interne d'une mince couche de protection en polytétrafluoréthylène pour éviter toute contamination. Un filament chauffant 76 est enroulé autour de la surface latérale externe du tube 74 pour chauffer rapidement le liquide réactif traversant la unité de prélèvement 66A. A chaque extrémité du tube 74 est monté un capteur de température 78, 80 permettant de connaître avec précision la valeur de la température du liquide prélevé dans les tubes de réactifs 18, et la température finale d'injection dans la cupule 23. Chaque capteur de température 78, 80 est formé à titre d'exemple par bague en cuivre associée par soudure avec un fil en constantan pour constituer un thermocouple. D'autres technologies sont possibles pour réaliser les capteurs de température 78, 80. Le filament chauffant 76 et les capteurs de température 78, 80 sont connectes électriquement à un circuit de régulation 82 destiné à ajuster la puissance électrique au filament chauffant 76 en fonction de la température du liquide prélevé, du volume total de liquide à prélever, et du débit de prélèvement. la figure 8, l'homogénéisation du mélange réactionnel est assuré par un dispositif de mixage 84 réalisé par un mouvement de battement de la pipette 68A d'échantillons dans le mélange réactionnel à l'intérieur de la cupule 23 appropriée. Les vibrations mécaniques sont engendrées par un électro-aimant 86 agissant sur la pipette 68A par l'intermédiaire d'un levier d'actionnement 88 articulé. Lorsque la pipette 68A d'échantillons se trouve dans la cupule 23, l'extrémité du levier 88 se trouve en regard d'une pièce butoir 90 en métal élastique solidaire de la pipette 68A. L'alimentation de l'électro-aimant 86 provoque un mouvement d'oscillation alternatif de la pipette 68A (voir flèche F) pour assurer le mixage du mélange réactionnel. La fréquence d'oscillation forcée de la pipette 68A est ajustable par l'alimentation de l'électro-aimant 86, et une vis de réglage (non représentée) coopère avec le levier d'actionnement 88 pour régler l'amplitude des oscillations mécaniques. II en résulte un brassage mélange réactionnel sans formation de bulles d'air susceptibles d'affecter la précision mesure par déformation du ménisque. En mode de prélèvement ou de transfert, le levier 88 se trouve en position de repos, et l'électro-aimant 86 n'est pas alimenté. Sur la figure 2, l'unité de prélèvement 66A est équipée à la fois d'un dispositif préchauffeur 72 et d'un dispositif de mixage 84. Pour des raisons d'industrialisation, l'autre unité de prélèvement 66B juxtaposée peut avoir une structure identique. Le dispositif préchauffeur 72 est actif uniquement si l'une des unités de prélèvement est utilisée pour les liquides réactifs. Dans ce cas, le dispositif mixage 84 reste inactif en inhibant toute alimentation de l'électro aimant 86. Pour l'autre unité de prélèvement utilisée pour les échantillons, c'est le fonctionnement inverse qui neutralise le dispositif préchauffeur 72, et active le dispositif mixage 84 lorsque la pipette 68A correspondante se trouve en position abaissée à l'intérieur de la cupule 23. Lors de la séquence de préparation du mélange réactionnel, les réactifs sont généralement introduits dans les cupules 23 avant les échantillons. Pour minimiser les contaminations, les pipettes 68A, 68B en position abaissée, doivent tremper dans le liquide jusqu'à une profondeur minimum. Un dispositif de détection capacitive permet d'arrêter le mouvement de descente des pipettes 68A, 68B à quelques millimètres en-dessous de la surface du liquide à prélever. Le dispositif de détection comprend un circuit oscillateur dont la fréquence varie avec la différence de capacité électrique entre l'air et le liquide. Revendications 1. Analyseur biochimique comprenant: - un module de stockage (12) plateau (14) de support des tubes d'échantillons (16) et des tubes de réactifs (18), - un module de prélèvement (24) comprenant une paire d'unités de prélèvement (66A, 66B) automatique à fonctionnement indépendant, équipées chacune d'une pipette d'aspiration (68A, 68B) rétractable pour transférer des quantités prédéterminées d'échantillons et de réactifs du plateau (14) vers une cuve réactionnelle (22) d'un module d'analyse (20), - et des moyens de régulation pour assurer une température d'analyse prédéterminée dans l'analyseur, caractérisé en ce que: - la cuve réactionnelle (22) est chauffée par convection au moyen d'une plaque de chauffage (54) disposée au voisinage de la partie inférieure des cupules (23), et contrôlée par un circuit de régulation (58) à détection thermique, - au moins une unité de prélèvement (66A, 66B) est dotée d'un dispositif préchauffeur (72) rapide pour la mise à température du liquide réactif avant son introduction dans les cupules (23) de ladite cuve réactionnelle (22). 2. Analyseur biochimique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque de chauffage (54) comprend un réseau de résistances (56) électriques agencées pour répartir uniformément la température de chauffage sur toute la surface de la cuve réactionnelle (22) indépendamment de l'emplacement des cupules (23). 3. Analyseur biochimique selon la revendication 2, caractérisé en ce la plaque de chauffage (54) est opaque, et est munie d'une pluralité de trous (62) s'étendant coaxialement dans l'alignement des cupules (23) de manière à autoriser le passage du faisceau lumineux du dispositif de mesure optique. Analyseur biochimique selon la revendication 2, caractérisé en ce la plaque de chauffage (54) est transparente, et est formée par une plaque en verre continue de faible épaisseur, sur la face inférieure de laquelle sont imprimées les résistances (56). Analyseur biochimique selon la revendication 3, caractérisé en ce une plaquette transparente (64) non trouée est accolée sous la plaque de chauffage (54) opaque à trous (62). 6. Analyseur biochimique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif préchauffeur (72) de l'unité de prélèvement (66A, 66B) comporte: - un filament chauffant (76) enroulé autour d'un tube (74) métallique à faible inertie thermique, une paire de capteurs de température (78, 80) agencés aux extrémités du tube (74) pour mesurer les valeurs de la température du liquide réactif prélevé, la température d'injection dans la cupule (23), et un circuit de régulation (82) destiné à ajuster la puissance électrique consommée par le filament chauffant (76). 7. Analyseur biochimique selon la revendication 1 ou 6, caractérisé en ce que l'unité de prélèvement (66A, 66B) comprend de plus un dispositif de mixage (84) piloté par un électro-aimant (86) pour provoquer un mouvement d'oscillation alternatif de la pipette (68A) lorsque cette dernière se trouve en position abaissée dans cupule (23) de la cuve réactionnelle (22) de manière à brasser le mélange échantillons et réactifs. 8. Analyseur biochimique selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'électro aimant (86) agit sur un levier d'actionnement (88) coopérant avec une pièce butoir (90) en metal élastique solidaire de la pipette (68A). 9. Analyseur biochimique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque unité de prélèvement (66A, 66B) est pourvue d'un détecteur de niveau capacitif permettant d'arrêter le mouvement de descente de la pipette (68A, 68B) légèrement en-dessous de la surface du liquide à prélever.