Brevet FR2893138A1 — publié le 20070511

Appareil automatique d'analyse biologique Domaine technique de l'invention L'invention concerne un appareil automatique d'analyse biologique, plus 10 particulièrement d'analyse immunologique, comprenant au moins un chariot de support d'une pluralité de cupules réactionnelles, un module de distribution, un module de lavage, un module de mesure, des moyens d'incubation/agitation et des moyens de déplacement du chariot de support, selon des protocoles d'analyse prédéterminés. 15 État de la technique Dans le domaine des analyses biologiques, plus particulièrement des 20 analyses d'immunologie, un appareil d'analyse classique comporte généralement différents modules de travail, associés chacun à une étape d'un protocole d'analyse prédéterminé. L'appareil comporte classiquement des chariots de support de cupules 25 réactionnelles se déplaçant d'un module à l'autre, selon le protocole d'analyse. L'appareil comporte au moins un module de distribution, destiné à dispenser les divers réactifs et échantillons dans les cupules réactionnelles, un module d'incubation/agitation, destiné à conditionner le liquide présent dans les cupules réactionnelles, un module de lavage, destiné à séparer les 30 différents réactifs après réaction, et un module de mesure, assurant les différentes mesures associées au protocole.5 Pour optimiser la cadence de réalisation des analyses et s'adapter à tous les types de protocoles, il existe deux types de configurations d'appareil. Le premier type d'appareil travaille en lancement par série ( batch ) et le second type d'appareil travaille en lancement par accès aléatoire ( random access ). La première méthode de lancement par série ( batch ) consiste à affecter l'ensemble des cupules réactionnelles de l'appareil à un même protocole. io Les cupules se déplacent en groupe et passent en même temps successivement dans tous les modules d'analyse de l'appareil. Ce type d'appareil est facile à programmer, grâce à la simplicité du protocole, et présente une bonne cadence de travail. 15 Cependant, il n'est pas possible d'effectuer plusieurs protocoles différents en même temps. Il est nécessaire d'attendre la fin d'une série pour en commencer une autre. L'appareil est complètement inadapté aux mesures d'urgences et ne permet pas d'optimiser le temps de rendu de résultat. La flexibilité d'un tel appareil est donc très faible. 20 La seconde méthode de lancement par accès aléatoire ( random access ) consiste à effectuer un protocole prédéterminé pour chaque cupule réactionnelle de l'appareil. Chaque cupule est donc complètement indépendante des cupules adjacentes. II en résulte la disponibilité quasi 25 permanente de tous les modules de l'appareil. Une gestion informatique poussée est nécessaire à l'agencement de toutes les séquences des protocoles. Cependant, même si cette méthode engendre une vraie flexibilité d'utilisation 30 de l'appareil, celui-ci voit sa cadence fortement diminuée. Par ailleurs, le système informatisé gérant l'appareil est difficile à mettre en oeuvre. Il en résulte un coût de rentabilité exorbitant. Objet de l'invention L'invention a pour but de remédier à l'ensemble des inconvénients précités et a pour objet la réalisation d'un appareil automatique d'analyse biologique qui soit simple de conception et qui permette une cadence d'utilisation raisonnable alliée à une vraie flexibilité d'utilisation. L'objet de l'invention est caractérisé en ce que : l'appareil comporte une pluralité de voies bidirectionnelles, chacune associée à un nombre prédéterminé de cupules réactionnelles, le déplacement des cupules est contrôlé de façon indépendante sur chaque voie, les modules de distribution, de lavage et de mesure sont communs à toutes les voies, et chaque voie comprend des moyens d'incubation/agitation indépendants. Un tel appareil d'analyse avec des voies indépendantes et des modules communs à chaque voie permet de réaliser différents protocoles sur un même appareil. Il en résulte une meilleure flexibilité conjuguée à une bonne cadence d'utilisation de l'appareil. Selon un développement de l'invention, les moyens d'incubation/agitation associés à chaque voie comportent un module d'incubation indépendant, associé à ladite voie, et des moyens d'agitation associés au chariot de support des cupules, lequel se déplace le long d'un rail de guidage correspondant à ladite voie. Des moyens d'incubation indépendants pour chaque voie permettent d'optimiser les conditions de mesure propres à chaque protocole. Par ailleurs, des moyens d'agitation séparés des moyens d'incubation permettent d'optimiser le fonctionnement de l'appareil, avec des conditions d'agitation propre à chaque chariot. Selon un autre développement de l'invention, le chariot de support des cupules comporte un plateau de support, monté sur une embase anti-vibratoire par l'intermédiaire d'au moins deux plots en matériau élastique, et un moteur vibrant, fixé sous le plateau. Un tel chariot de support comprenant les moyens d'agitation permet d'avoir une structure légère et simple, avec une efficacité d'agitation et une possibilité de réglage des conditions d'agitation. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 représente schématiquement une vue en perspective d'un mode particulier de réalisation d'un appareil d'analyse selon l'invention. Les figures 2 et 3 représentent, respectivement, une vue en perspective et une vue de dessus de l'appareil selon la figure 1, illustrant le fonctionnement indépendant des voies de l'appareil. La figure 4 représente une vue de face agrandie en coupe selon l'axe AA d'un chariot de support de l'appareil selon les figures 1 à 3. La figure 5 est une vue de profil du chariot selon la figure 4. La figure 6 représente une vue de dessus agrandie en coupe d'un moteur vibrant du chariot selon les figures 4 et 5. Description de modes particuliers de réalisation En référence aux figures 1 à 3, l'appareil automatique 10 est particulièrement destiné à l'analyse d'immunologie. Il est évident qu'il peut effectuer tout autre io type d'analyse biologique. L'appareil 10 est destiné à effectuer des protocoles d'analyse, par exemple des analyses de sang, pouvant durer de trente minutes à plusieurs heures. L'appareil 10 est un appareil communément appelé ouvert, car sa conception 15 permet d'accepter tout type de protocole d'analyse, pour une flexibilité et une cadence optimales. L'appareil 10 comporte également une pluralité de modules de travail adjacents, correspondant chacun à une étape d'un protocole d'analyse à réaliser. 20 Sur les figures 1 à 3, l'appareil 10 comporte, de préférence, huit rails de guidage 11 parallèles, s'étendant tout le long de l'appareil 10 et définissant huit voies complètement indépendantes de l'appareil 10, correspondant chacune à un protocole d'analyse prédéterminé. 25 Un chariot 12 de support de cupules réactionnelles 13 est associé à chaque rail de guidage 11. Chaque chariot 12 comporte, de préférence, seize cupules réactionnelles 13, à savoir deux bandes de huit cupules 13 (figures 4 et 5). Chaque chariot 12 est monté à coulissement sur le rail de guidage 11 correspondant de façon bidirectionnelle. Chaque chariot 12 peut avancer ou 30 reculer le long du rail 11 qui lui est associé, selon le protocole d'analyse correspondant.5 Chaque chariot 12 est contrôlé, par exemple, par l'intermédiaire d'un moteur pas à pas 14 (figure 1), associé à une extrémité du rail de guidage 11 correspondant. Le chariot 12 est monté à coulissement sur le rail de guidage 11 par l'intermédiaire, par exemple, d'un système de poulie et courroie. Sur la figure 1, un seul moteur pas à pas 14 est représenté pour des raisons de clarté. Il est évident que chaque rail de guidage 11 peut être relié à un moteur pas à pas 14. À titre d'exemple, chaque moteur 14 entraîne le défilement d'une courroie (non représentée sur les figures 1 à 3 pour des raisons de clarté) reliée au chariot 12 correspondant et s'étendant tout le long du rail 11. La courroie coopère avec une poulie 15 (figure 3), disposée à l'extrémité du rail de guidage 11 opposée au moteur pas à pas 14. Les moteurs pas à pas 14 entraînent le déplacement des chariot 12 de support des cupules 13, à savoir leur avancée ou leur recul, afin de les faire passer d'un module à l'autre de l'appareil. L'appareil 10 comporte, de préférence, un module de stockage 16, situé à une extrémité des rails de guidage 11 et servant de zone de chargement et déchargement des cupules 13 des chariots 12. Le module de stockage 16 est commun à toutes les voies de l'appareil 10. L'appareil 10 comporte un module de lavage 17 commun à toutes les voies de l'appareil 10 et adjacent au module de stockage 16. Sur la figure 1, le module de lavage 17 comporte une chambre de lavage distincte et indépendante pour chaque voie de l'appareil 10 et une tête de lavage unique se déplaçant d'une chambre de lavage à l'autre. Le module de lavage 17 est notamment destiné à la séparation des différents réactifs présents dans les cupules 13. À titre d'exemple, chaque chambre du module de lavage 17 comporte deux cloisons latérales 18 (figure 1), disposées de part et d'autre du rail de guidage 11 correspondant, sur lesquelles sont disposés des aimants permanents. Dans le cas de l'utilisation de billes magnétiques comme réactifs à l'intérieur des cupules 13, les aimants permanents permettent d'accrocher les billes et d'éviter leur aspiration, lors de la phase de lavage des cupules 13. ~o L'appareil 10 comporte également un module de distribution 19, commun à toutes les voies de l'appareil 10, adjacent au module de lavage 17 et assurant la dispense des divers réactifs et échantillons à l'intérieur des cupules 13 des chariots 12. Dans le cas particulier d'un échantillon où le problème de contamination s'avère critique, l'appareil 10 peut comporter un 15 système de cône de prélèvement à usage unique. Par ailleurs, le temps de dispense des réactifs et le temps de rinçage des cupules 13, associés respectivement aux modules de distribution 19 et de lavage 17, représentent une durée inférieure à la minute. Un seul module de 20 distribution 19 et un seul module de lavage 17 sont donc suffisants pour assurer une bonne cadence. L'appareil 10 comporte ensuite huit modules d'incubation 20 (figure 1), adjacents au module de distribution 19 et associés chacun à un rail de 25 guidage 11 et au chariot 12 de support des cupules 13 correspondant. Comme représenté sur la figure 1, chaque module d'incubation 20 est conformé, par exemple, selon trois cloisons entourant le chariot 12, lorsqu'il se positionne au niveau du module d'incubation 20 correspondant. 30 Chaque module d'incubation 20 permet d'assurer des conditions optimales en température pour la voie correspondante de l'appareil 10. Il en résulte notamment une efficacité de réaction entre les phases liquide et solide dans chaque cupule 13. Les modules d'incubation 20 indépendants de l'appareil 10 optimisent ainsi la flexibilité de l'appareil 10, qui peut ainsi présenter des caractéristiques d'incubation différentes sur chacune de ses voies. L'appareil 10 comporte enfin un module de mesure 21, commun à toutes les voies de l'appareil 10 et adjacents aux différents modules d'incubation 20. Le module de mesure 21 assure notamment la mesure quantitative du dosage à effectuer. Cette détermination peut s'effectuer de façon optique par photométrie ou, dans le cas d'analyses très sensibles, par luminescence ou fluorescence. Le module de mesure 21 peut comporter une tête de lecture unique se déplaçant au-dessus des rails de guidage 11 par l'intermédiaire d'un portique. Sur la figure 1, la tête de lecture est dans une première position à une extrémité du portique, tandis que sur la figure 2, la tête de lecture est dans une seconde position à une autre extrémité du portique. L'unique module de mesure 21 permet d'obtenir un gain important en termes de coût, car ce type de module est très onéreux. Le module de stockage 16 d'un tel appareil d'analyse 10 est optionnel. Les modules de lavage 17, de distribution 19 et de mesure 21 sont communs à toutes les voies de l'appareil 10 et les modules d'incubation 20 sont indépendants pour chaque voie de l'appareil 10. De plus, chaque chariot 12 de support des cupules réactionnelles 13 comporte des moyens d'agitation indépendants, comme décrits ci-dessous. Sur les figures 4 et 5, chaque chariot de support 12 de cupules réactionnelles 13 comporte un plateau de support 22, monté sur une embase anti-vibratoire 30 23 par l'intermédiaire de deux plots 24 en matériau élastique. Un moteur vibrant 25, jouant le rôle de moyens de vibration associés au chariot 12, est fixé sous le plateau 22, sensiblement au centre de celui-ci (figure 4). L'embase 23 coulisse sur le rail de guidage 11 correspondant, le plateau de support 22 est destiné à maintenir les deux bandes de huit cupules 13 et les plots 24, de préférence en matériau élastomère, assurent une fixation élastique entre le plateau 22 et l'embase 23. Le plateau 22 s'agite alors sous l'effet du moteur vibrant 25, afin de transmettre au liquide contenu dans les cupules 13 un mouvement caractéristique, par exemple, de rotation ou de tourbillon. Comme représenté sur la figure 5, l'embase anti-vibratoire 23 présente une section sensiblement en U renversé, coopérant avec le rail de guidage 11. Le plateau de support 22 présente une section en U, dont la base est fixée aux plots 24 en matériau élastique et dont les branches sont prolongées par deux ailes horizontales supportant les cupules 13. Celles-ci sont donc positionnées sensiblement de part et d'autre du rail de guidage 11. Sur la figure 6, le moteur vibrant 25 est, par exemple, un moteur à balourd du type vibreur de téléphone portable. Le moteur 25 comporte, de préférence, une cage circulaire creuse 26, à l'intérieur de laquelle est montée à rotation une pièce tournante 27, de section semi-circulaire. La pièce 27 tourne autour d'un axe de rotation vertical 28, afin d'engendrer l'effet de balourd du moteur 25. La rotation de la pièce 27 agit ainsi comme un oscillateur forcé, entraînant en mouvement le plateau 22 du chariot 12, selon un mouvement caractéristique permettant un mélange efficace du liquide contenu à l'intérieur des cupules 13. La rotation de la pièce 27 est notamment destinée à engendrer un effet de vortex, entraînant la rotation du liquide sensiblement sous la forme d'un tourbillon. Par ailleurs, le moteur vibrant 25 peut comporter des moyens de régulation de la vitesse de rotation de la pièce tournante 27, agissant notamment sur l'amplitude d'agitation du plateau 22 correspondant. Chaque chariot 12 de support des cupules 13 s'adapte ainsi de façon optimale aux caractéristiques propres à chaque protocole associé à la voie correspondante de l'appareil 10. À titre d'exemple, la vitesse de rotation du moteur vibrant 25 est comprise entre 300tr/min et 4000tr/min. II est ainsi possible de faire varier le volume ou la viscosité du liquide à l'intérieur des cupules 13. De tels moyens d'agitation associés au chariot 12 présentent donc l'avantage d'être simples et légers. Ils offrent une efficacité d'agitation optimale, grâce notamment aux possibilités de réglage importantes. Par ailleurs, un tel système d'agitation dissocié des modules d'incubation 20 de l'appareil 10 permet d'avoir des conditions d'agitation propre à chaque chariot 12 de chaque voie de l'appareil 10. II en résulte une optimisation des résultats et notamment une bonne répétabilité des mesures. Le fonctionnement de l'appareil 10 va être décrit plus en détail au regard des figures 2 et 3. Sur les figures 2 et 3, les cloisons 18 des différentes chambres du module de lavage 17, les modules d'incubations 20 et les moteurs pas à pas 14 ne sont pas représentés pour des raisons de clarté. Chaque voie de l'appareil 10 comporte un chariot 12 de support des cupules 13 coulissant le long du rail de guidage 11 a à Il h correspondant (figure 3). Sur la figure 3, le chariot 12 coulissant le long du rail de guidage 11 a est au niveau du module de mesure 21. Les chariots 12 des rails de guidage 11c, lld et 11 f sont dans leur module d'incubation 20 respectifs (non représentés sur les figures 2 et 3 pour des raisons de clarté). Chaque module d'incubation 20 est indépendant, les chariots 12 ne sont donc pas soumis aux mêmes conditions d'incubation. Par ailleurs, l'agitation des chariots 12, par l'intermédiaire notamment du moteur vibrant 25 décrit ci-dessus, se fait au niveau de chaque module d'incubation 20, de façon indépendante par rapport à l'incubation et de façon propre à chaque chariot 12. Le chariot 12 associé au rail de guidage 11 b est au niveau du module de stockage 16, prêt à rentrer dans la chambre de lavage correspondante du module de lavage 17. Le chariot 12 associé au rail de guidage 11 e entre dans la chambre de lavage correspondante du module de lavage 17. Le chariot 12 associé au rail de guidage 11g est positionné entre le module d'incubation 20 et le module de mesure 21. Le chariot 12 associé au rail de guidage 11 h est au niveau du module de distribution 19. Chaque voie de l'appareil 10 est donc complètement indépendante, les chariots 12 pouvant se trouver dans des modules différents d'une voie sur l'autre au même instant. Les modules utilisés pour les différents protocoles de chaque voie sont les mêmes pour toutes les voies, mais ils sont sollicités de façon totalement indépendante et avec des paramètres différents, notamment de température et de vitesse d'agitation. La flexibilité de l'appareil 10 est donc grande et l'appareil 10 est facile à programmer, car chaque voie est complètement indépendante avec des moyens de déplacement associés également indépendants. Un tel appareil d'analyse 10 comme décrit ci-dessus permet donc d'obtenir une optimisation parfaite entre une cadence d'utilisation raisonnable et une flexibilité d'utilisation importante. II est possible d'allouer n'importe quel protocole sur une voie disponible de l'appareil, pendant que les autres travaillent encore, ainsi que de dédier une ou plusieurs voies pour des traitements spécifiques. Chaque chariot 12 comportant seize cupules, il est donc possible d'effectuer 16 analyses du même protocole sur chaque voie de l'appareil 10. Le problème d'engorgement d'un module d'incubation unique est résolu, par la pluralité des modules d'incubation 20 coopérant chacun avec un rail de guidage 11 de l'appareil 10. Chaque voie peut avoir des paramètres spécifiques de mesures, comme les températures d'incubation et les vitesses d'agitation. Par ailleurs, l'appareil 10 est très simple de conception et son coût technique final est faible. L'invention n'est pas limitée aux différents modes de réalisation décrits ci-dessus. Le nombre de rails de guidage 11 et le nombre de cupules 13 de chaque chariot 12 sont non limitatifs. Ils peuvent varier en fonction de la taille générale de l'appareil 10 ou des différentes applications de l'appareil 10. Le positionnement des modules les uns par rapport aux autres dans l'appareil 10 peut être différent. L'appareil 10 peut comporter des modules optionnels, tant que les modules d'incubation et les moyens d'agitation des chariots sont indépendants pour chaque voie de l'appareil. Le moteur pas à pas 14 actionnant chaque chariot 12 peut être remplacé par tout autre moyen d'entraînement approprié et peut être disposé indifféremment aux extrémités des rails de guidage 11. La transmission par poulie et courroie peut être remplacé par tout autre moyen de transmission équivalent. La configuration générale de l'appareil 10 peut être différente, tant que les voies de l'appareil 10 restent parallèles entre elles. À titre d'exemple, l'appareil 10 peut présenter une forme générale sensiblement circulaire, avec des voies formant des cercles concentriques, ou l'appareil 10 peut présenter une forme générale quelconque, avec des voies pouvant ne pas être io rectilignes. Revendications 1. Appareil (10) automatique d'analyse biologique comprenant au moins un chariot (12) de support d'une pluralité de cupules (13) réactionnelles, un module de distribution (19), un module de lavage (17), un module de mesure (21), des moyens d'incubation/agitation et des moyens de déplacement du chariot de support (12), selon des protocoles d'analyse prédéterminés, appareil caractérisé en ce que : l'appareil (10) comporte une pluralité de voies bidirectionnelles, chacune associée à un nombre prédéterminé de cupules (13) réactionnelles, le déplacement des cupules (13) est contrôlé de façon indépendante sur chaque voie, - les modules de distribution (19), de lavage (17) et de mesure (21) sont 15 communs à toutes les voies, et chaque voie comprend des moyens d'incubation/agitation indépendants. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens 20 d'incubation/agitation associés à chaque voie comportent un module d'incubation (20) indépendant, associé à ladite voie, et des moyens d'agitation associés au chariot (12) de support des cupules (13), lequel se déplace le long d'un rail de guidage (11) correspondant à ladite voie. 25 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le chariot (12) de support des cupules (13) comporte un plateau de support (22), monté sur une embase (23) anti-vibratoire par l'intermédiaire d'au moins deux plots (24) en matériau élastique, et un moteur vibrant (25), fixé sous le plateau (22). 30 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moteur vibrant (25) est un moteur à balourd. 14 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le module de lavage (17) comporte une chambre de lavage indépendante pour chaque voie et une tête de lavage unique se déplaçant d'une chambre de lavage à l'autre, chaque chambre de lavage comportant deux cloisons (18) latérales, sur lesquelles sont disposés des aimants permanents. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en 10 ce que chaque voie est actionnée par un moteur (14) pas à pas associé à ladite voie. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un chariot (12) supporte deux bandes de huit cupules (13) sur chaque 15 voie. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte huit voies (11a, 11 b, 11c, 11d, 11 e, 11f, 11g, 11h). 20