Brevet FR2817350A1 — publié le 20020531

Appareil automatique de dosage immunologique La présente invention concerne un appareil automatique de dosage de différentes substances dans des échantillons biologiques ou chimiques, au moyen de méthodes de dosages connues, par exemple du type ELISA. On connaît des appareils de ce type dans lesquels des échantillons à analyser, des réactifs et des cuvettes de réaction sont portés par des plateaux différents montés à rotation autour d'axes verticaux et disposés en général en triangle, les plateaux d'échantillons et de réactifs étant à l'extérieur du plateau des cuvettes de réaction et plus ou moins tangents ou adjacents à celui-ci. Des bras pivotants sont agencés entre les plateaux d'échantillons et de réactifs et le plateau des cuvettes de réaction pour prélever des quantités déterminées d'échantillons et de réactifs et pour les déposer dans des cuvettes de réaction portées par le plateau correspondant. La rotation pas à pas de ce plateau permet de faire défiler les cuvettes de réaction et successivement dans les postes de chargement d'échantillons et de réactifs puis dans des postes de chauffage et de régulation de température, de rinçage, de dépôt de substrat, de lecture de résultats et éventuellement de lavage des cuvettes de réaction, l'appareil étant piloté par ordinateur pour effectuer des cycles d'analyse préalablement programmés, correspondant à des dosages mono-réactifs ou bi-réactifs. Ces appareils connus sont complexes et encombrants et sont en général conçus pour réaliser de façon répétitive un petit nombre de dosages différents à cadence élevée sur un grand nombre d'échantillons. Du fait de leur encombrement et de leur complexité, ils sont installés à poste fixe et il n'est pas envisageable de les transporter ou de les déplacer, sauf de façon tout à fait exceptionnelle. L'invention a pour objet un appareil de ce type, qui ait un encombrement relativement faible, qui soit déplaçable ou transportable, qui soit adaptable à tout type de dosage et qui puisse néanmoins fonctionner à cadence élevée pour effectuer un nombre relativement important de dosages différents sur un nombre relativement petit d'échantillons ou un nombre relativement petit de dosages différents sur un nombre relativement grand d'échantillons. Elle propose, à cet effet, un appareil automatique de dosage de substances dans des échantillons biologiques ou chimiques, comprenant des moyens de support de réactifs, des moyens de support d'échantillons à analyser, des moyens de support de cuvettes de réaction, des moyens de prélèvement d'échantillons à analyser et de réactifs et d'injection de ces prélèvements dans les cuvettes de réaction, des moyens de rinçage des cuvettes de réaction, et des moyens de lecture optique des résultats, caractérisé en ce que les moyens de support d'échantillons et les moyens de support des cuvettes de réaction sont des plateaux tournants coaxiaux et en ce que les moyens de prélèvement et d'injection sont portés par un bras radial s'étendant entre l'axe commun des plateaux et leur périphérie et sont déplaçables en translation le long de ce bras. Le montage des plateaux supports d'échantillons et de cuvettes de réaction autour d'un même axe de rotation permet de réduire sensiblement l'encombrement général de l'appareil de dosage. La disposition des moyens de prélèvement et d'injection sur un bras radial qui s'étend entre l'axe commun des plateaux tournants et leur périphérie, permet de prélever facilement et rapidement les échantillons et les réactifs pour les déposer dans les cuvettes de réaction, sans augmenter l'encombrement de l'appareil. En outre, du fait de ce montage, les plateaux et le bras radial des moyens de prélèvement et d'injection peuvent être portés par un même tube central qui définit l'axe de rotation des plateaux et dont l'extrémité supérieure supporte le bras radial précité. Avantageusement, le bras radial est déplaçable en rotation autour de l'axe commun des plateaux. Cela permet notamment d'accélérer les prélèvements d'échantillons et de réactifs et leur dépôt dans les cuvettes de réaction. Aux mêmes fins, il est avantageux que ce bras radial porte deux unités de prélèvement et d'injection, montées chacune sur un chariot guidé en translation sur un côté du bras radial, et des moyens pour déplacer les deux chariots indépendamment de l'autre sur le bras radial. Pour le prélèvement des échantillons et des réactifs, chaque unité de prélèvement et d'injection comprend des moyens commandés de déplacement d'un porte-aiguille en translation verticale sur le chariot correspondant. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les cuvettes de réaction sont constituées par des barrettes dont chacune est formée avec un nombre déterminé de puits de réaction alignés dans une direction longitudinale de la barrette, et le plateau de support de ces barrettes comporte des moyens de positionnement radial et angulaire et d'immobilisation desdites barrettes par rapport à l'axe commun des plateaux. De préférence, les barrettes sont portées par des supports en forme de secteur circulaire, qui comprennent des moyens de fixation, par exemple du type à encliquetage, sur le plateau tournant ou sur le moyeu de ce plateau tournant. Cela facilite la mise en place initiale des barrettes ainsi que leur remplacement. Selon une autre caractéristique de l'invention, le plateau de support des barrettes comprend des moyens de chauffage et de régulation thermique individuels des barrettes, comprenant par exemple des résistances électriques posées sur les parois des puits des barrettes et des moyens commandés d'alimentation électrique de ces résistances. Le chauffage et la régulation thermique individuels des barrettes permettent d'adapter leurs cycles de température aux dosages à effectuer, qui peuvent différer d'une barrette à l'autre. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le plateau support d'échantillons à analyser comporte à sa périphérie radialement externe des moyens de réception de tubes ou analogues destinés à recevoir les échantillons à analyser, ces tubes étant répartis sur le plateau le long d'au moins un arc de cercle. Ces tubes sont, par rapport à l'axe commun des plateaux, radialement à l'extérieur des barrettes de réaction. Les moyens de support de réactifs sont fixes et disposés en arc de cercle autour des plateaux de support des échantillons à analyser et des cuvettes de réaction. Compte-tenu de la nature des réactifs, ces moyens de support sont équipés de moyens de réfrigération, permettant de maintenir la température des réactifs à une valeur appropriée inférieure à la température ambiante. Les mouvements de rotation des plateaux et du bras radial sont commandés par des moyens de traitement de l'information, du type microordinateur, qui sont programmés pour optimiser les prélèvements et les injections d'échantillons et de réactifs en fonction du nombre et de la nature des dosages à effectuer et pour faire passer les cuvettes de réaction par les moyens de lecture en fin de réaction de dosage, sans perte de temps. Ainsi, les cuvettes de réaction sont amenées aux moyens de lecture de résultats, non pas dans l'ordre dans lequel elles se trouvent sur leur plateau de support, mais dans l'ordre d'achèvement des réactions de dosage réalisées dans ces cuvettes. On augmente ainsi la cadence de fonctionnement du dispositif selon l'invention. Les moyens de lecture des résultats des dosages sont du type optique et comprennent des systèmes différents, par exemple l'un pour la mesure de l'absorption lumineuse des contenus des cuvettes de réaction à des longueurs d'onde déterminées, un autre pour la mesure de la chimiluminescence des contenus de ces cuvettes, et un autre pour la mesure de l'émission de lumière, consécutive à une excitation lumineuse, des contenus des cuvettes (fluorescence). L'un ou l'autre de ces systèmes de lecture est utilisé, en fonction de la nature des dosages dont on veut lire les résultats. De plus, l'appareil selon l'invention est également utilisable en association avec d'autres appareils de mesure, par exemple du type à cytométrie de flux ou du type HPLC (High Performance Liquid Chromatography), l'appareil selon l'invention servant à la préparation de mélanges de cellules qui sont ensuite analysés par les appareils associés. Selon un autre aspect particulièrement intéressant de l'invention, les barrettes de réaction sont caractérisées en ce que certains puits de chaque barrette sont obturés de façon étanche par un opercule amovible et contiennent des quantités déterminées de réactifs spécifiques pour le dosage d'au moins un échantillon dans les autres puits de la barrette. Pour utiliser ces barrettes, il suffit de retirer les opercules obturant les puits contenant les réactifs et de placer les barrettes sur le plateau support correspondant dans l'appareil selon l'invention. Pour chaque dosage, les réactifs sont prélevés dans les puits correspondants de la barrette et déposés dans les puits adjacents, avec les échantillons à analyser. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique de dessus d'un appareil selon l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique en coupe axiale de cet appareil ; la figure 3 est une vue schématique en perspective de cet appareil. L'appareil de dosage selon l'invention, représenté aux dessins, comprend un châssis 10 en tubes mécano-soudés, qui porte un tube central vertical 12 sur lequel deux plateaux 14,16 axialement espacés sont montés et guidés en rotation au moyen de paliers à roulements. Le plateau supérieur 14 est destiné à supporter des ensembles de cuvettes de réaction qui sont formés par des barrettes 18 comportant chacune plusieurs puits de réaction 20 alignés dans la direction longitudinale de la barrette, le nombre de puits par barrette étant de huit dans cet exemple. Les barrettes 18 sont positionnées radialement sur le plateau 14 par rapport à l'axe commun 22 de rotation des plateaux 14 et 16 et sont maintenues en position par des moyens à lames de ressort. De préférence, la surface du plateau 14 est partagée en un certain nombre de secteurs circulaires qui sont indépendants les uns des autres et qui sont fixés sur le moyeu du plateau 14, par exemple par encliquetage élastique ou analogue. Le plateau inférieur 16 est destiné au support d'échantillons à analyser, contenus sous forme liquide dans des tubes 24 qui sont reçus dans des supports 26 agencés à la périphérie externe du plateau 16 et répartis en arc de cercle, les supports de tube 26 étant au nombre de 10 dans l'exemple de la figure 1. Les plateaux 14 et 16 sont entraînés en rotation pas à pas autour de l'axe 22 indépendamment l'un de l'autre au moyen de courroies crantées par des moteurs électriques. Une surface 28 de support de réactifs est montée fixement sur le châssis 10 et s'étend en arc de cercle sur environ 1800 autour de l'axe 22, radialement à l'extérieur du plateau 16 et sensiblement au niveau de celui-ci. Cette surface 28 est destinée à porter un certain nombre d'ensembles 30 de réactifs, correspondant chacun à un dosage différent à effectuer sur les échantillons à analyser. La surface 28 peut également comporter une zone 32 de réception d'échantillons à analyser et une zone 34 de support de flacons 36 pouvant contenir, entre autres, des substrats, des anticorps, des sérums, etc. La partie de la surface 28 qui supporte les ensembles 30 de réactifs est équipée de moyens de réfrigération, permettant de maintenir ces réactifs à une température déterminée de 4 C par exemple. A une extrémité de la surface 28, se trouve une autre surface de support 38 portée par le châssis 10 et sur laquelle on peut déposer des flacons 40 de liquide de rinçage ou de lavage, destinés à l'alimentation d'une tête de rinçage 42 qui s'étend de façon fixe radialement au-dessus du trajet des barrettes de réaction portées par le plateau 14. La surface 38 supporte également un système 44 de lecture optique des résultats de dosage par mesure de l'absorption lumineuse de certaines longueurs d'onde par les contenus des puits 20 des barrettes de réaction, ce système de lecture 44 étant suivi par un autre système 46 de lecture de résultats par mesure de la chimiluminescence des liquides contenus dans les puits des barrettes de réaction 20. Un autre système de lecture de résultats par mesure de fluorescence peut être prévu dans l'appareil selon l'invention, en plus des systèmes 44 et 46 ou à la place de l'un d'eux, cet autre système comprenant des moyens d'excitation lumineuse des contenus des cuvettes de réaction et des moyens de mesure de l'émission lumineuse résultant de cette excitation. Un bras radial 48 est monté à rotation sur l'extrémité supérieure du tube central 12 et s'étend horizontalement entre l'axe de rotation 22 et la périphérie de l'appareil. Ce bras 48 porte deux unités 50 de prélèvement et d'injection qui sont déplaçables indépendamment l'une de l'autre en translation le long du bras 48. Chaque unité 50 comporte un chariot 52 guidé en translation sur un rail horizontal 54 du bras 48 et entraîné par un moteur électrique. Chaque chariot 52 comprend un montant vertical 56 portant un rail 58 de guidage d'un porte-aiguille 60 déplaçable en translation sur le rail 58 par un moteur électrique. A son extrémité située au niveau de l'axe de rotation 22, le bras 48 est solidaire d'une plaque verticale 62 qui supporte un actionneur linéaire du type pousse-seringue, ainsi qu'une seringue et une électrovanne reliée par des tubes 64 aux aiguilles 60 des unités précitées 50 de prélèvement et d'injection. De façon classique, un liquide pousseur est contenu dans la seringue, l'électro-vanne et une partie des tubes 64, ce qui permet de prélever et d'injecter au moyen des aiguilles 60 de faibles quantités de liquide, déterminées avec précision. Un puits central 66 permet le nettoyage des aiguilles 60 après chaque utilisation. Le bras radial 48 est entraîné en rotation par un moteur électrique et une courroie crantée. Les barrettes de réaction 18 qui sont utilisées dans l'appareil selon l'invention sont réalisées en verre ou en matériau plastique transparent, pour permettre la lecture optique des résultats de dosage. Ces barrettes peuvent être d'un type réutilisable, après lavage et décontamination, ou bien jetables après un usage unique. Pour faciliter et simplifier l'utilisation de l'appareil selon l'invention, les puits de réaction 20 peuvent subir un traitement qui les rend spécifiques des substances à détecter, ce traitement comprenant par exemple le dépôt d'un revêtement d'anticorps sur la paroi interne des puits de réaction 20. En outre, les barrettes de réaction comportent des moyens individuels de chauffage et de régulation thermique, comprenant des résistances électriques, formées de fils ou de films déposés ou collés sur la surface latérale extérieure de ces puits. Les moyens prévus sur le plateau 14 pour le positionnement et l'immobilisation des barrettes comprennent des moyens commandés d'alimentation électrique des résistances de chauffage des puits des barrettes, pour un chauffage et une régulation thermique individuels de chaque barrette. Dans un mode de réalisation particulier, chaque barrette de réaction peut comprendre un certain nombre de puits qui vont servir au stockage de réactifs spécifiques à un ou des dosages déterminés. Par exemple, quatre puits d'une barrette comprenant huit puits de réaction peuvent contenir des quantités déterminées de réactifs spécifiques d'un dosage donné et sont obturés à étanchéité par un opercule amovible ou déchirable. Pour leur utilisation, ces barrettes sont placées sur le plateau 14 après retrait ou déchirure des opercules précités. L'appareil qui vient d'être décrit fonctionne de la façon suivante : Les réactifs correspondant aux dosages à réaliser sont mis en place sur la surface de support 28 fixe autour des plateaux 14 et 16. Des barrettes de réaction 18, de préférence neuves, sont mises en place sur le plateau 14. Des échantillons à analyser sont contenus dans les tubes 26 placés dans les logements 24 du plateau inférieur 16. La mise en route de l'appareil, piloté par ordinateur, permet de prélever, au moyen des unités 50, des quantités prédéterminées d'échantillons dans les tubes 26 et de réactifs dans les ensembles 30 et de les déposer dans les puits des barrettes de réaction. Les tubes d'échantillons 26 sont repérés et identifiés par des étiquettes à code à barres, lisibles par un lecteur monté adjacent à la périphérie du plateau 16. Les barrettes de réaction 18 sont repérées par leur position angulaire par rapport à une référence radiale sur le plateau 14, ces positions étant numérotées de 1 à 30 dans l'exemple représenté. Les deux unités de prélèvement 50 montées sur le bras 48 permettent d'accélérer le dépôt des échantillons et des réactifs dans les puits des barrettes de réaction 18, de la façon suivante : quand une unité 50 est utilisée pour prélever un échantillon ou un réactif et pour le déposer dans un puits de réaction, l'autre unité 50 est déplacée vers l'axe 22 pour le nettoyage de son aiguille. Ensuite, cette autre unité 50 est utilisée pour un prélèvement et un dépôt, et la première unité 50 est déplacée vers l'axe 22 pour le nettoyage de son aiguille. A chaque inversion des tâches des unités 50, le plateau 14 est déplacé en rotation dans un sens, puis dans l'autre, pour placer les puits d'une barrette 18 en alignement radial avec l'aiguille 60 de l'unité 50 utilisée pour le dépôt d'un échantillon ou d'un réactif. Les rotations des plateaux 14 et 16 permettent d'amener les barrettes et les échantillons en alignement. Pendant les réactions de dosage, les températures des barrettes 18 sont régulées barrette par barrette. En fin de réaction, chaque barrette est amenée, par rotation du plateau 14, devant les moyens de lecture 44 ou 46 dans l'ordre d'achèvement des réactions dans les puits des barrettes. L'appareil selon l'invention est également utilisable avec d'autres moyens de mesure de résultats, par exemple avec des moyens de mesure cytométrique ou chromatographique. Il sert alors essentiellement d'appareil de préparation de mélanges de cellules et est associé par des moyens de prélèvement et de dépôt soit à un système du type HPLC (High Performance Liquid Chromatography) soit à un système de cytométrie en flux. De façon connue, un tel système permet l'étude et la caractérisation de cellules après marquage par des marqueurs fluorescents et comprend des moyens fluidiques de présentation des cellules une par une devant des moyens de détection optique associés à des moyens d'excitation lumineuse (par exemple laser), et à des moyens de traitement de signaux et de données. Trois types de signaux sont mesurés : - la diffraction de la lumière aux petits angles (1 à 200), donnant des informations sur les tailles des cellules et leur réfringence (cellules vivantes ou mortes), - la diffraction de la lumière à 90 , donnant des informations sur le contenu interne des cellules, - la fluorescence émise spontanément et/ou après fixation d'une sonde fluorescente. REVENDICATIONS 1-Appareil de dosage de substances dans des échantillons biologiques ou chimiques, comprenant des moyens (28) de support de réactifs, des moyens (16) de support d'échantillons à analyser, des moyens (14) de support de cuvettes de réaction, des moyens (50) de prélèvement d'échantillons à analyser et de réactifs et d'injection de ces prélèvements dans les cuvettes de réaction (18), et des moyens (44,46) de lecture optique des résultats, caractérisé en ce que les moyens (16) de support d'échantillons et les moyens (14) de support des cuvettes de réaction sont des plateaux tournants coaxiaux et en ce que les moyens (50) de prélèvement et d'injection sont portés par un bras radial (48) s'étendant entre l'axe commun (22) des plateaux (14,16) et leur périphérie et sont déplaçables en translation le long de ce bras. 2-Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bras radial (48) portant les moyens de prélèvement et d'injection est déplaçable en rotation autour de l'axe commun (22) des plateaux. 3-Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le bras radial (48) porte deux unités (50) de prélèvement et d'injection, montées chacune sur un chariot guidé en translation sur un côté du bras radial (48), et des moyens pour déplacer les deux chariots indépendamment de l'autre sur le bras radial. 4-Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque unité (50) de prélèvement et d'injection comprend des moyens commandés de déplacement en translation verticale sur le chariot correspondant. 5-Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les cuvettes de réaction comprennent des barrettes (18) formées chacune avec un nombre déterminé de puits de réaction (20) qui sont alignés dans une direction longitudinale de la barrette, et en ce que le plateau (14) de support de ces barrettes comporte des moyens de positionnement radial et angulaire et d'immobilisation desdites barrettes (18). 6-Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que les barrettes (18) sont portées par des supports en forme de secteur circulaire comprenant des moyens de fixation, par exemple du type à encliquetage, sur le plateau tournant (14) ou sur un moyeu de ce plateau. 7-Appareil selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le plateau (14) de support des barrettes de réaction comprend des moyens de chauffage et de régulation thermique individuels des barrettes, constitués par des résistances électriques posées sur les parois des puits (20) des barrettes et par des moyens commandés d'alimentation électrique de ces résistances. 8-Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les mouvements de rotation des plateaux (14,16) et du bras radial (48) sont commandés par des moyens de traitement de l'information, programmés pour optimiser les prélèvements et dépôts d'échantillons et de réactifs et pour amener les cuvettes de réaction devant les moyens (44 ou 46) de lecture optique des résultats dans l'ordre d'achèvement des réactions de dosage. 9-Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le plateau (16) de support d'échantillons comprend à sa périphérie radialement externe des moyens (26) de réception de tubes destinés à recevoir les échantillons à analyser, ces tubes étant répartis en arc de cercle sur le plateau (16) radialement à l'extérieur du plateau (14) portant les cuvettes de réaction. 10-Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que les plateaux (14,16) de support des barrettes de réaction et des échantillons à analyser sont axialement décalés sur leur axe commun. 11-Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (28) de support de réactifs sont fixes et disposés en arc de cercle radialement à l'extérieur des plateaux (14, 16) de support des cuvettes de réaction et des échantillons à analyser. 12-Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens (28) de support de réactifs comprennent des moyens de réfrigération des réactifs. 13-Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs systèmes (44,46) de lecture optique des résultats, par mesure de l'absorption lumineuse des contenus des cuvettes ou des puits de réaction à des longueurs d'onde déterminées, par mesure de la chimiluminescence de ces contenus et/ou par mesure de l'émission lumineuse de ces contenus en réponse à une excitation lumineuse. 14-Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est associé à un appareil de cytométrie en flux ou de chromatographie du type HPLC. 15-Barrette de réaction pour un appareil du type décrit dans l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que certains puits (20) de la barrette sont obturés de façon étanche par un opercule amovible et contiennent des réactifs spécifiques pour le dosage d'au moins un échantillon dans les autres puits de la barrette.