Brevet FR2929135A1 — publié le 20091002

DISPOSITIF D'ALIQUOTAGE ET DE DISPENSE D'UN LIQUIDE L'invention porte sur un dispositif d'aliquotage et de dispense d'un liquide. Plus particulièrement, le dispositif de l'invention permet d'aliquoter et dispenser des faibles quantités (microlitres) de sang. Le dispositif de l'invention peut être intégré à un dispositif de filtrage ou de prétraitement du sang, ainsi qu'à une matrice de microaiguilles pour son extraction du corps d'un patient. La méthode usuelle pour aliquoter et dispenser un volume donné d'un liquide consiste à remplir un contenant (tel qu'un cône de pipette ou un capillaire) ayant un volume donné, puis de dispenser le contenu à l'endroit souhaité, par exemple sur un filtre ou un capteur, ou dans un dispositif microfluiclique. Il faut donc deux étapes distinctes. La société KABE Labortechnik commercialise des microtubes, à l'extérieur desquels fait saillie un conduit capillaire de volume calibré (voir une brochure à l'adresse Internet : http://www.kabelabortechnik.de/download/kapillarblut_en.pdf). Pour prélever un volume déterminé de sang (de l'ordre de 100 pl) à l'aide d'un tel dispositif on procède comme suit. Premièrement, on pique le doigt d'un patient avec une lancette, et on fait sortir une gouttelette de sang ; ensuite, on approche de la gouttelette l'extrémité du conduit capillaire, maintenu en position horizontale. Le tube se remplit progressivement en fonction du débit capillaire. Une fois rempli, le microtube est amené en position verticale pour vider le conduit capillaire, le vidage étant assisté par des légers chocs ou des vibrations. L'opération est relativement complexe et ne permet pas d'éviter tout risque de contamination du ou par le sang. En outre, les forces capillaires retiennent environ 25% du liquide dans le conduit, ce qui affecte la précision de l'aliquotage. Il est également possible de remplacer le microtube par une poire de pipette, de manière à permettre le vidage du conduit capillaire par application d'une surpression. Cette solution permet un vidage plus complet, et donc un aliquotage plus précis, mais les autres inconvénients du dispositif demeurent. Le document US 5,047,206 décrit un dispositif d'aliquotage intégré à une bandelette pour des mesures optiques. Dans ce dispositif, une chambre fluidique est formée par un capot en matière plastique superposé à la bandelette. Le volume entre la bandelette et le capot définit le volume d'aliquotage. Lorsqu'une goutte de liquide est disposée sur la tranche du dispositif, elle est aspirée par capillarité et sature une surface modifiée chimiquement, permettant ainsi une mesure optique. Dans un tel dispositif il y a aliquotage par capillarité, mais le liquide aliquoté reste in situ et aucun vidage n'est prévu. L'invention vise à résoudre au rnoins certains des inconvénients de l'art antérieur. Le dispositif de l'invention permet un aliquotage précis et une dispense sensiblement complète qui s'effectue de manière automatique, par capillarité. Conformément à l'invention, ces résultats sont obtenus par un dispositif d'aliquotage et de dispense d'un liquide comportant un élément de collecte dudit liquide, un conduit capillaire, présentant une force de capillarité supérieure à celle dudit élément de collecte et en communication fluidique avec lui, et un élément de dispense, présentant une force de capillarité supérieure à celle du conduit capillaire et en communication fluidique avec lui. L'élément de collecte peut être un puits ou une cuvette, ou bien comporter une matrice de microaiguilles et un réservoir disposé au-dessous de cette dernière. La matrice de microaiguilles constitue un moyen intégré et très peu invasif d'extraction d'un échantillon de sang. Selon une variante avantageuse de l'invention, particulièrement adaptée au prélèvement du sang, une zone de collage peut être prévue sur une surface dudit dispositif, en correspondance dudit élément de collecte, de manière à permettre un contact étanche entre ledit élément de collecte et une zone de la peau d'un patient. On évite ainsi tout risque de contamination et de fuite de l'échantillon de sang aliquoté. L'aliquotage du liquide est déterminé par le volume intérieur de l'élément de collecte et du conduit capillaire. Typiquement, ces éléments 3 sont adaptés pour contenir un volume de liquide compris entre 10 pI et 1 ml, et de préférence entre 50 pl et 500 pI. Le dispositif de l'invention peut comporter des repères visuels permettant d'estimer par simple inspection le volume de liquide présent dans 5 ledit conduit capillaire. Lorsque le liquide à aliquoter est le sang, ledit élément de collecte et/ou ledit conduit capillaire peuvent contenir au moins une substance chimiques choisie parmi : des agents anticoagulants pour le sang ; des agents agglutinants des globules sanguins ; et des agents coagulants pour le 10 sang. De manière préférentielle, les parois internes d'au moins ledit conduit capillaire peuvent être induites d'un gel hydrophile qui relâche progressivement un agent anticoagulant du sang lors de son remplissage par la liquide à aliquoter et dispenser. Avantageusement, ledit élément de collecte et ledit conduit 15 capillaire peuvent être intégrés dans un même élément de structure planaire, de préférence transparent et réalisé, par exemple, par moulage ou usinage dans un plastique préférentiellement hydrophile. L'élément de dispense présentant une force de capillarité supérieure à celle du conduit capillaire peut comporter un dispositif de filtrage 20 pour séparer des globules sanguins du plasma, par exemple un filtre papier. Avantageusement, ledit élément de collecte et ledit conduit capillaire peuvent être intégrés sur une surface d'un même élément de structure planaire, ledit dispositif de filtrage comportant une membrane disposée sur une face opposée dudit élérnent, le conduit capillaire et le dispositif de filtrage étant mis 25 en communication fluidique par un trou traversant cet élément. Les fonctions d'aliquotage, dispense et filtrage (voire également de prélèvement, si l'élément de collecte comporte une matrice de microaiguilles) peuvent ainsi être intégrées dans un même dispositif planaire de structure très simple. Plusieurs applications du dispositif de l'invention peuvent être 3 0 envisagées. Selon une première application, ledit dispositif de filtrage peut être adapté pour se saturer en globules après le filtrage d'un volume de sang 4 dépendant du taux d'hématocrite du dit sang mais, en tout cas, inférieur à la contenance dudit élément de collecte et dudit conduit capillaire ; des repères visuels étant prévus, permettant d'estimer par simple inspection le volume de liquide présent dans ledit conduit capillaire. De cette manière, le taux d'hématocrite dudit sang peut être déterminé à partir de l'estimation du volume de sang restant dans le conduit capillaire après saturation du dispositif de filtrage. Selon une deuxième application de l'invention, le dispositif peut comporter également, en aval dudit dispositif de filtrage, un élément détachable en matériau absorbant le plasma sanguin et apte à conserver, après séchage, les protéines contenues dans ledit plasma. De cette manière, un échantillon de plasma peut être prélevé directement par le patient, à son domicile. Après désolidarisation du dispositif et séchage, l'élément absorbant peut être envoyé par la poste à un laboratoire pour que soit effectué une analyse des protéines du plasma qui y sont conservées. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple et qui représentent, respectivement : - les figures 1 et 2, respectivement, une vue en plan et en coupe d'un dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3, une vue en coupe d'un dispositif selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - les figures 4A à 4E, le remplissage du dispositif des figures 1 et 2 ; - les figures 4F à 41, le vidage de ce même dispositif ; et - la figure 5, l'application de ce dispositif à la mesure du taux d'hématocrite d'un échantillon de sang. Le dispositif des figures 1 et 2 présente une structure planaire et est réalisé, par exemple par moulage ou usinage, à partir d'un élément 100 en matière plastique dure ou souple. Un plastique mou tel que du polydimethylsiloxane (PDMS) ou une silicone est particulièrement préféré pour la mise en oeuvre de l'invention de même qu'un plastique moulable ou usinable transparent et de préférence hydrophile. Sur une surface dite supérieure 101 de l'élément 100 sont formés : un puits ou cuvette 1, destiné à la collecte du liquide à aliquoter et 5 dispenser, et un conduit capillaire 2 fermé, en communication fluidique avec le puits 1. un capot doit être disposé au-dessus du conduit 2. A son extrémité éloignée du puits 1, le conduit 2 débauche dans un trou 30 qui traverse l'élément 100. Sur la surface dite inférieure 102 de cet élément, se trouve une membrane filtrante 3, typiquement en papier. Au-dessous de cette membrane peut se trouver un élément absorbant 4, dont la fonction sera expliquée plus loin. Le volume interne de l'élément de collecte 1 et du conduit capillaire déterminent, ensemble, la quantité de liquide qui peut être dispensée. Ce volume est généralement compris entre 10 pl et 1 ml, et de préférence entre 50 pl et 500 pl. Il est préférable, pour optimiser la précision de l'aliquotage, que le volume du conduit 2 soit largement supérieur par rapport à celui du puits 1 : pour cette raison ledit conduit peut être enroulé en spirale ou agencé en serpentin. Globalement, le dispositif a des dimensions de l'ordre des centimètres. Plus précisément, le puits de collecte 1 peut avoir un diamètre de l'ordre de 1 û 10 mm, et le conduit capillaire présenter une section de quelques mm2 d'aire de plusieurs centimètres de longueurs ; par exemple on peut envisager un conduit de section rectangulaire 0,5 x 2 mm, avec une longueur de 7,5 cm, soit un volume interne de 75 pl. Le conduit capillaire 2 et/ou le puits 1 peuvent contenir, avant utilisation, divers composés liquides, en gel ou séchés tels que des agents anticoagulants pour le sang tel que l'acide éthylène-diamine-tétra-acétique (EDTA), des agents agglutinants de globules tels que la lectine), ou des agents provocant la coagulation tels que la prothrombine. Il est particulièrement avantageux que les parois internes du conduit 2 soient induites d'un gel qui rend lesdites parois hydrophiles et qui relâche progressivement un anticoagulant lors du remplissage du capillaire, pour empêcher ainsi tout début de coagulation. 6 Comme le montrent les figures 4A à 4E, des gouttelettes d'un liquide S (par exemple, du sang) peuvent être déposées une par une dans le puits 1, le remplissant progressivement. Quand le puits 1 est suffisamment rempli, le liquide S commence à pénétrer dans le conduit 2, et y est aspiré par capillarité. Lorsque le conduit 2 est complètement rempli, le liquide S atteint la membrane filtrante 3 par l'intermédiaire du trou 30, et est aspiré par cette dernière, qui présente une force de capillarité sensiblement plus grande de celle du conduit 2. A ce point, on arrête de déposer des gouttelettes dans le puits 1. Comme le volume du puits 1 et du conduit 2 sont calibrés, la quantité de liquide à l'intérieur du dispositif est connue de manière précise : il y a donc aliquotage. L'aspiration du liquide S par la membrane filtrante 3 se poursuit, jusqu'au vidage complet du dispositif (figures 4F à 41) : il y a donc dispense de la quantité aliquotée de liquide. La membrane filtrante 3 peut être adaptée pour retenir les cellules sanguines et laisser passer le plasma. Ce dernier peut donc être collecté en aval de ladite membrane. En particulier, le plasma sanguin peut être collecté par un élément absorbant: 4 en contact avec la membrane filtrante 3 et détachable du dispositif. L'élément absorbant 4, s'imbibe de plasma, puis il est séparé et séché. A ce point, il peut être envoyé à un laboratoire pour l'analyse biochimique des protéines qui y restent stockées : cette application est décrite en détail dans la demande de brevet en France FR 07 07709 déposée le 2 novembre 2007. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la membrane filtrante 3 peut être dimensionnée de manière à se saturer en globules sanguins avant le vidage complet du dispositif. La quantité exacte de sang qui peut traverser le filtre avant que tous les pores de ce dernier ne soient obstrués par les cellules sanguines (globules rouges, blancs, plaquettes) dépend de son taux d'hématocrite. Ce taux peut donc être estimé en mesurant la quantité du liquide qui reste à l'intérieur du dispositif après le vidage partiel de ce dernier. Cette mesure peut être réalisée de manière 7 approximative à l'aide de repères visuels (traits RI û R4 sur la figure 5) dont est pourvu le dispositif. On comprend que dans ce cas l'élément planaire 100 doit être transparent. Sellon encore un autre mode de réalisation, le plasma peut 5 être récolté dans un bac disposé en aval du filtre 3. L'aspiration par capillarité du liquide contenu dans le conduit 2 ne doit pas nécessairement se faire par l'intermédiaire d'un filtre. En variante, la membrane 3 peut présenter des pores suffisamment larges pour laisser passer le sang entier ; ce dernier peut être récolté dans un bac, 10 comme mentionné plus haut. Un réseau de micropiliers peut également constituer un élément de dispense adapté à la mise en oeuvre de l'invention. Par exemple, il peut s'agir de micropiliers en silicium, ayant une section carrée de 50 pm x 50 pm, une séparation également de 50 pm et une hauteur de 200 pm. Ces 15 micropiliers peuvent être induits de substances chimiques adaptées (par exemple liaison anticorps-antigenes, streptavidin) pour réaliser un prétraitement du sang comme par exemple capter des analytes (Arn, protéines) qui pourront ensuite être détectées à travers le dispositif ou collectée pour analyse. 20 La figure 3 montre une variante particulièrement avantageuse du dispositif de l'invention, comportant un élément de collecte 10 constitué par une matrice de microaiguilles 11, de préférence creuses, et par un réservoir 12 intégré à l'élément planaire 100 et disposé au-dessous de ladite matrice. 25 Les microaiguilles 11 sont adaptées pour traverser la peau d'un patient, par exemple au niveau de l'extrémité d'un doigt, et extraire une faible quantité de sang ; elles doivent donc avoir une longueur d'au moins 200 pm, et de préférence de 1 à 2 mm, pour pénétrer dans le derme. De cette manière on minimise le risque d'infection pour le patient et de contamination 30 de l'échantillon prélevé. De plus, l'extraction du sang, son aliquotage et sa dispense sont effectués par une opération unique. 8 De préférence, une région de collage 50, par exemple en forme d'anneau, entoure l'élément de collecte. Dans le cas d'un prélèvement sanguin, le patient appuie son doigt au niveau dudit élément de collecte, le cas échéant après s'être piqué avec une lancette (si le dispositif ne comporte pas de microaiguillles). La région collante 50 permet la formation d'un joint étanche entre le doigt et le dispositif, évitant toute dispersion de sang et les risques biologiques connexes ainsi qu'un contact prolongé entre le sang et l'air, susceptible d'accélérer la coagulation). Le patient garde son doigt sur le dispositif pendant toute la phase de remplissage. Lorsque le conduit 2 est lo plein, il enlève le doit, ce qui permet un vidage rapide du dispositif par capillarité : en effet, tant que le doigt est présent, le vidage est ralenti et limité au débit d'écoulement du sang, alors que lorsque le doigt est enlevé le débit est contrôlé par la force de capillarité en sortie du dispositif. Le joint collant n'empêche pas le rnassage du doigt qui aide à l'extraction du sang. L'élément 15 de dispense peut également comporter de piliers plus ou moins souples qui aident à masser localement le doigt facilitant ainsi l'écoulement du sang du doigt vers le dispositif. REVENDICATIONS1. Dispositif d'aliquotage et de dispense d'un liquide, caractérisé en ce qu'il comporte : un élément (1, 10) de collecte dudit liquide (S) ; un conduit capillaire (2), présentant une force de capillarité supérieure à celle dudit élément de collecte et en communication fluidique avec lui ; et - un élément de dispense (3), présentant une force de capillarité supérieure à celle du conduit capillaire et en communication 10 fluidique avec lui. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ledit élément de collecte (1) est un puits ou cuvette. 3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ledit élément de collecte comporte une matrice de microaiguilles (11) et un 15 réservoir (12) disposé au-dessous de cette dernière. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une zone de collage (50) est prévue sur une surface (101) dudit dispositif, en correspondance dudit élément de collecte (10), de manière à permettre un contact étanche entre ledit élément de collecte et une zone de la 20 peau d'un patient. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit élément de collecte et ledit conduit capillaire sont adaptés pour contenir un volume de liquide compris entre 10 pl et 1 ml, et de préférence entre 50 pl et 500 pl. 25 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, comportant des repères (R1 û R4) visuels permettant d'estimer par simple inspection le volume de liquide présent dans ledit conduit capillaire. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit élément de collecte et/ou ledit conduit capillaire contiennent 30 au moins une substance chimiques choisie parmi : - des agents anticoagulants pour le sang ; - des agents agglutinants des globules sanguins ; et- des agents coagulants pour le sang. 8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel au moins les parois internes dudit conduit capillaire sont induites d'un gel hydrophile qui relâche progressivement un agent anticoagulant du sang lors de son remplissage par la liquide à aliquoter et dispenser. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit élément de collecte et ledit conduit capillaire sont intégrés dans un même élément de structure planaire (100). 10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel ledit 10 élément de structure planaire est transparent. 11. Dispositif selon l'une des revendications 9 ou 10, dans lequel ledit élément de structure planaire est réalisé par moulage ou usinage dans un plastique. 12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, 15 dans lequel ledit élément de dispense (3) comporte un dispositif de filtrage pour séparer des globules sanguins du plasma. 13. Dispositif selon la revendication 12, dans lequel ledit élément de collecte (1, 10) et ledit conduit capillaire (2) sont intégrés sur une surface (101) d'un même élément de structure planaire (100), ledit dispositif 20 de filtrage (3) comportant une membrane disposée sur une face opposée (102) dudit élément, le conduit capillaire et le dispositif de filtrage étant mis en communication fluidique par un trou (30) traversant cet élément. 14. Dispositif selon l'une des revendications 12 ou 13, dans lequel ledit dispositif de filtrage (3) est un filtre en papier. 25 15. Dispositif selon l'une des revendication 12 à 14, dans lequel ledit dispositif de filtrage est adapté pour se saturer en globules après le filtrage d'un volume de sang dépendant du taux d'hématocrite du dit sang mais, en tout cas, inférieur à la contenance dudit élément de collecte et dudit conduit capillaire ; et dans lequel des repères visuels (R1 ù R4) sont prévus, 30 permettant d'estimer par simple inspection le volume de liquide présent dans ledit conduit capillaire ; moyennant quoi le taux d'hématocrite dudit sang peut 2929135 Il être déterminé à partir de l'estimation du volume de sang restant dans le conduit capillaire après saturation du dispositif de filtrage. 16. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 15, adapté pour effectuer des prélèvements sanguins et comportant également, en aval 5 dudit dispositif de filtrage (3), un élément détachable (4) en matériau absorbant le plasma sanguin et apte à conserver, après séchage, les protéines contenues dans ledit plasma.