Brevet FR2812943A1 — publié le 20020215

DISPOSITIF D'IMAGERIE PAR FLUORESCENCE Domaine technique et art antérieur L'invention concerne un dispositif d'imagerie par fluorescence. L'invention trouve des applications dans de nombreux domaines tel que, par exemple, le domaine de la biologie moléculaire pour la reconnaissance d'anticorps ou d'antigènes, le séquençage de génomes, la détection bactérienne, etc.. La technique de fluorescence consiste à mélanger une substance dont l'identification et/ou la concentration est à déterminer avec une substance ayant la capacité d'émettre une lumière fluorescente sous l'action d'un rayonnement. Un dispositif d'imagerie par fluorescence comprend alors des moyens pour contenir le mélange de substances, des moyens pour éclairer ce mélange à l'aide d'un rayonnement et des moyens pour lire la lumière fluorescente issue du mélange. Selon l'art connu, les moyens pour contenir le mélange à analyser sont généralement constitués d'une matrice de plots, chaque plot contenant une quantité de mélange. Par ailleurs, les moyens pour éclairer le mélange comprennent une source laser, des moyens optiques pour mettre en forme le faisceau issu de la source laser, des moyens pour diriger le faisceau laser vers la surface de la matrice de plots et des moyens pour balayer le faisceau laser à la surface de la matrice de plots. De tels dispositifs sont très encombrants, délicats à régler et également coûteux. Afin de réduire, entre autres choses, l'encombrement des dispositifs d'imagerie par fluorescence, il est envisagé, dans la demande de brevet français déposée, par la Demanderesse, le 8 Août 2000 sous le numéro d'enregistrement national 0010426, de placer le mélange de constituants dans une structure de microcanaux en parallèle. Une telle structure de microcanaux est représentée aux figures 1 et 2 de la présente demande. Les microcanaux peuvent, par exemple, être gravés dans une puce support en silicium, en verre ou en plastique de bonne qualité optique. Ils peuvent également être réalisés par des capillaires souples. Le nombre N de microcanaux peut être, par exemple, égal à 100. Différents dispositifs peuvent être envisagés pour coupler la lumière laser à la structure de microcanaux. Selon l'invention décrite dans la demande de brevet déposée, par la Demanderesse, le 8 Août 2000 sous le numéro d'enregistrement national 0010426, le couplage de la lumière laser est réalisé par une lentille cylindrique comme représenté en figure 1 ou par un réseau de diffraction comme représenté en figure 2. Sur la figure 1, une lentille cylindrique 2 éclairée par une source laser 1 permet de constituer un mince plan de lumière laser 3 qui pénètre dans la structure 4 de microcanaux. Sur la figure 2, un réseau de diffraction 5 éclairé par une lumière de longueur d'onde 1 permet de générer N points source distincts s1, s2, s3, ..., sN. Chaque point source est aligné avec un microcanal. Ainsi, selon les modes de couplage décrits ci- dessus, la lumière se propage-t-elle, dans la structure de microcanaux, selon l'axe des microcanaux. Comme cela apparaîtra ultérieurement, selon le mode de réalisation préférentiel de la présente invention, le couplage de la lumière laser d'excitation avec la structure de microcanaux est réalisé de façon que l'axe selon lequel la lumière laser se propage dans la structure de microcanaux est sensiblement perpendiculaire à l'axe des microcanaux. Exposé de l'invention L'invention concerne un dispositif d'imagerie par fluorescence comprenant des premiers moyens pour contenir un mélange de substances, des deuxièmes moyens pour éclairer le mélange de substances à l'aide d'une lumière laser et des troisièmes moyens pour lire une lumière de fluorescence émise par le mélange de substances sous l'action de la lumière laser. Les premiers moyens sont constitués d'une structure de microcanaux en parallèle et les troisièmes moyens sont constitués d'une structure de lecture comprenant l'empilement d'au moins un réseau de microlentilles et d'une caméra CCD linéaire, une cale permettant de réaliser un scellement entre la structure de microcanaux et la structure de lecture. Le dispositif d'imagerie selon l'invention présente alors, entre autres, les avantages suivants - une très grande miniaturisation, - un grandissement constant égal à 1, - une très bonne sensibilité due à la faible perte de photons de fluorescence. Par ailleurs, comme cela apparaîtra dans les différents exemples mentionnés ci-dessous, la structure du dispositif d'imagerie de fluorescence selon l'invention permet avantageusement non seulement de faire l'analyse de l'intensité de fluorescence, mais également l'analyse de la polarisation ou encore l'analyse du spectre de fluorescence. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention fait en référence aux figures jointes parmi lesquelles - la figure 1 représente un premier exemple de structure de microcanaux avec dispositif de couplage de 1a lumière d'excitation, la figure 2 représente un deuxième exemple de structure de microcanaux avec dispositif de couplage de la lumière d'excitation, - la figure 3 représente une vue éclatée d'un premier exemple de dispositif d'imagerie de fluorescence selon l'invention, - la figure 4 représente une vue éclatée d'un deuxième exemple de dispositif d'imagerie de fluorescence selon l'invention, - la figure 5 représente une vue éclatée d'un troisième exemple de dispositif d'imagerie de fluorescence selon l'invention, - la figure 6 représente une vue éclatée d'un quatrième exemple de dispositif d'imagerie de fluorescence selon l'invention, - la figure 7 représente une vue éclatée d'un cinquième exemple de dispositif d'imagerie de fluorescence selon l'invention, - la figure 8 représente, sous forme compacte, le dispositif d'imagerie de fluorescence représenté en vue éclatée selon la figure 3. Sur toutes les figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments. Description détaillée de modes de mise en #uvre de l'invention La figure 3 représente une vue éclatée d'un premier exemple de dispositif d'imagerie de fluorescence selon l'invention. Le dispositif comprend une structure 4 de microcanaux, une cale 6, un réseau de microlentilles 7, un filtre optique 8 et une caméra CCD linéaire 9 (CCD pour Charge Coupled Device ). La structure qui permet l'écoulement des fluides dans les microcanaux (non représentée sur la figure 3) est placée, de part et d'autre de la structure 4, dans l'axe des microcanaux. Selon l'invention, la lumière laser d'excitation L se propage dans la structure 4 selon une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe des microcanaux. La lumière laser d'excitation traverse alors l'ensemble des microcanaux selon une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe des microcanaux. Dans le cas où la source laser (non représentée sur la figure) émet le rayonnement d'excitation directement vers la structure de microcanaux, il a été avantageusement constaté qu'aucun dispositif optique particulier n'est alors nécessaire pour coupler le rayonnement laser d'excitation aux microcanaux. La structure 4 est, par exemple, un bloc de verre dans lequel les microcanaux sont usinés. A titre d'exemple non limitatif, le bloc de verre a pour dimensions une largeur 1 de 40mm, une épaisseur e de 3mm et une profondeur p de 15 à 20mm. Les microcanaux ont, par exemple, une largeur a de 500@im et une profondeur b de 500Wn. Leur pas c est de 700pm. Pour exciter les molécules fluorescentes qui circulent dans les microcanaux, la lumière laser L traverse de part en part l'ensemble des microcanaux. La source de lumière laser (non représentée sur la figure) peut être, par exemple, un laser Argon de puissance lOmW et de longueur d'onde d'émission comprise entre 488 et 514nm, un laser YAG doublé de longueur d'onde d'émission 532nm, un laser HeNe vert de longueur d'onde d'émission 543nm, un laser Argon/Krypton, un laser HeCd, etc. ou encore des diodes laser de longueur d'onde d'excitation 633nm. Le réseau de microlentilles 7 permet de faire l'image des microcanaux sur la caméra CCD 9. Le filtre optique 8 placé entre le réseau de microlentilles 7 et la caméra CCD 9 permet avantageusement de supprimer la lumière parasite d'excitation diffusée. Les microlentilles peuvent, par exemple, être cylindriques et placées tête-bêche. Elles peuvent également enserrer des morceaux de fibre optique afin d'éliminer la lumière parasite. Le rayon des microlentilles peut être compris entre 100 et 500 pm et la taille d'un pixel de la caméra CCD 9 peut alors être de 24gm x 24pm. La cale 6 permet le scellement entre la structure 4 de microcanaux et l'ensemble formé par le réseau de microlentilles 7, le filtre optique 8 et la caméra CCD linéaire 9. L'épaisseur de la cale 6 est, par ailleurs, choisie de façon à placer le réseau de microlentilles 7 à bonne distance du plan objet. La figure 4 représente une vue éclatée d'un deuxième exemple de dispositif d'imagerie de fluorescence selon l'invention. En plus des éléments représentés en figure 3, le dispositif de fluorescence comprend un deuxième réseau de microlentilles 10 situé entre le filtre optique 8 et la caméra CCD 9. Les réseaux de microlentilles 7 et 10 sont alors placés de manière symétrique par rapport au plan de l'image intermédiaire qui se forme entre les deux réseaux. La figure 5 représente une vue éclatée d'un troisième exemple de dispositif d'imagerie de fluorescence selon l'invention. En plus des éléments représentés en figure 4, le dispositif de fluorescence comprend un réseau de microlentilles supplémentaire 11 placé entre le réseau de microlentilles 10 et la caméra CCD 9. Le réseau de microlentilles 10 est alors placé dans le plan de l'image intermédiaire qui se forme entre les réseaux 7 et 11. De plus, les lentilles du réseau 10 doivent permettre de conjuguer les lentilles du réseau 7 et celle du réseau 11. Il s'ensuit que la distance focale des lentilles du réseau 10 doit être le double de la distance focale des lentilles des réseaux 7 et 11. la figure 6 représente une vue éclatée d'un quatrième exemple de dispositif d'imagerie par fluorescence selon l'invention. En plus des éléments représentés en figure 4, le dispositif de fluorescence comprend, entre le premier réseau de microlentilles 7 et le filtre optique 8, un réseau dispersif 12. Le dispositif de fluorescence selon la figure 6 permet avantageusement de faire l'analyse du spectre de fluorescence. la figure 7 représente une vue éclatée d'un cinquième exemple de dispositif d'imagerie par fluorescence selon l'invention. En plus des éléments représentés en figure 3, le dispositif d'imagerie par fluorescence comprend un barreau de matériau biréfringent 13 placé entre la cale 6 et le réseau de microlentilles 7. Le barreau de matériau biréfringent 13 permet de dédoubler l'image en deux composantes lorsque l'excitation lumineuse L est polarisée verticalement. Le dispositif représenté en figure 7 permet alors avantageusement de faire de l'imagerie de fluorescence polarisée. Le dispositif d'imagerie par fluorescence polarisée selon l'invention représenté en figure 7 comprend un seul réseau de microlentilles. L'invention concerne également d'autres modes de réalisation selon lesquels le dispositif d'imagerie par fluorescence polarisée comprend plusieurs réseaux de microlentilles (cf. figures 4 et 5). Le barreau de matériau biréfringent est alors placé entre la cale 6 et le premier réseau de microlentilles 7. A titre d'illustration, la figure 8 représente, sous forme compacte, le dispositif d'imagerie par fluorescence représenté, par ailleurs, en vue éclatée en figure 3. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'imagerie par fluorescence comprenant des premiers moyens (4) pour contenir un mélange de substances, des deuxièmes moyens pour éclairer le mélange de substances à l'aide d'une lumière laser et des troisièmes moyens (7, 8, 9) pour lire une lumière de fluorescence émise par le mélange de substances sous l'action de la lumière laser, caractérisé en ce que les premiers moyens sont constitués d'une structure (4) de microcanaux en parallèle et en ce que les troisièmes moyens (7, 9) sont constitués d'une structure de lecture comprenant l'empilement d'au moins un réseau de microlentilles (7) et d'une caméra CCD linéaire (9), une cale (6) permettant de réaliser un scellement entre la structure de microcanaux (4) et la structure de lecture (7, 8). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure de lecture comprend un premier réseau de microlentilles (7), un filtre optique (8) et un deuxième réseau de microlentilles (9). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un réseau dispersif (12) placé entre le premier réseau de microlentilles (7) et le filtre optique (8). 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la structure de lecture comprend un troisième réseau de microlentilles (11), le deuxième réseau de microlentilles (9) étant placé sensiblement à équidistance des premier (7) et troisième (11) réseaux de microlentilles. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un barreau biréfringent (13) placé entre la cale (6) et le premier réseau de microlentilles (7). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens pour éclairer le mélange sont positionnés de façon que l'axe selon lequel la lumière laser attaque la structure de microcanaux est sensiblement perpendiculaire à l'axe des microcanaux. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la structure de microcanaux est un bloc de verre de largeur (1) sensiblement égale à 40mm, d'épaisseur (e) sensiblement égale à 3mm, de profondeur (p) sensiblement comprise entre 15 et 20mm, les microcanaux étant alignés en parallèle selon la direction de la profondeur (p), un microcanal ayant une largeur (a) sensiblement égale à 500pm et une profondeur (b) sensiblement égale à 500Eun, le pas (c) séparant deux microcanaux étant sensiblement égal à 700Eun.