Brevet FR2956209A1 — publié le 20110812

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un dispositif et à un procédé d'analyse optique parallèle d'échantillons, ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel dispositif. Bien que l'on puisse utiliser un dispositif d'échantillons dans des installations quelconques d'analyse optique parallèle, la présente invention et le problème auquel elle répond, seront décrits dans le cas de l'utilisation de plaques de microtitrage. Pour l'examen optique d'échantillons de biochimie, on utilise fréquemment des plaques de microtitrage ou plaques DNA dans lesquelles les objets d'analyse sont séparés géométriquement les uns des autres dans des zones d'échantillons, distinctes. L'analyse optique effectuée en parallèle sur un grand nombre d'échantillons séparés, permet d'avoir plus rapidement les résultats que dans le cas d'un examen séquentiel d'analyse, séparé. En miniaturisant les différents éléments, on peut en outre économiser du réactif. Etat de la technique Les plaques de microtitrage sont habituellement de forme rectangulaire et comportent des zones d'échantillons constituées par de nombreuses petites cuvettes isolées les unes des autres et réparties en rangées et en colonnes pour le contrôle de propriétés de réaction biologiques, par exemple pour effectuer des mesures d'absorption, des mesures de fluorescence, des mesures de luminescence, par exemple pour la transparence (HTS), dans la recherche dans le domaine pharmaceutique et phytosanitaire. Les plaques sont généralement en une matière plastique telle que du polystyrène parfois également en chlorure de polyvinyle et seulement pour des applications très particulières, elles sont en verre. Des dimensions précises selon la norme ANSI sont de 127,76 mm x 85,48 mm x 14,35 mm. Il existe un grand nombre de formats reposant tous sur la même surface de base et en partie avec des hauteurs variables; elles ont habituellement entre 6 et 1536 cuvettes. Les cuvettes existent dans différentes formes, par exemple à fond plat, à fond plat avec des arêtes arrondies au minimum, des fonds coniques ou des cavités se terminant par une forme en U. 2 Les plaques de microtitrage se sont imposées comme composants importants dans la recherche en pharmacie, médecine, biochimie, génétique et biologie moléculaire, grâce aux faibles quantités d'échantillons nécessaires et aux bonnes possibilités d'automatisation. Le document DE 197 48 211 Al, décrit un système optique avec un réseau de lentilles et une lentille de champ, formant un réseau opposé sur un réseau de détection. Le document DE 100 17 824 Al, décrit un dispositif d'analyse par fluorescence ou luminescence photométrique parallèle avec plusieurs zones d'échantillon séparées les unes des autres sur un objet. La figure 4 est une vue schématique d'un dispositif connu d'analyse optique parallèle d'un dispositif d'échantillons sous la forme d'une plaque de microtitrage. A la figure 4, la référence 1 désigne un substrat de support en matière plastique sous la forme d'une plaque de microtitrage. La face avant VS du substrat de support 1 comporte une répartition de zones d'échantillons K1, K2 pour recevoir les substances échantillon Al, A2. Les zones d'échantillons K1, K2 sont des cavités moulées, percées ou fraisées dans le substrat de support 1. Des zones de détection D1, D2 sont prévues au dos ou face arrière RS du substrat de support 1, ces zones de détection sont associées chacune à une zone d'échantillons K1, K2 respective. Ainsi, chaque zone d'échantillons K1, K2 et la zone de détection Dl, D2, occupent pratiquement le même volume, ce qui est schématisé par une ligne de séparation T, virtuelle. Si dans le cadre d'une analyse optique parallèle, on éclaire la face avant VS de la plaque de support 1, par un rayonnement d'excitation AS, les substances échantillons Al, A2, émettent des rayons MS1, MS2 et ST par exemple des rayons lumineux. Les rayons MS1, MS2, sont dirigés sur la zone de détection D1, D2 associée à la zone d'échantillons K1 ou K2 contenant les substances échantillons Al, A2. Ces rayons MS1, MS2, sont des rayons habituels de mesure. Le rayon lumineux ST passe de la substance échantillon A2 dans la zone de détection D 1 associée à la zone d'échantillons K1 3 comportant la substance échantillon Al. Le rayon lumineux ST constitue ainsi un rayon parasite et réduit le rapport signal/bruit dans la zone d'échantillons K1. En d'autres termes, le rayon ST constitue une pollution optique du signal de mesure de la zone de détection D 1, car il s'agit de lumière parasite venant de la zone d'échantillons K2, voisine. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un dispositif et un procédé d'analyse optique parallèle d'un dispositif d'échantillons permettant d'améliorer la sensibilité de l'analyse optique parallèle en augmentant le rapport signal/bruit. Exposé et avantages de l'invention L'invention concerne à cet effet un dispositif d'analyse parallèle optique d'un dispositif d'échantillons comportant : - un substrat de support, - une disposition de zone d'échantillons sur et/ou dans la face avant du substrat de support pour recevoir des substances échantillons, - un montage de zone de détection prévu sur et/ ou dans la face arrière du substrat de support, une zone de détection étant associée à une zone d'échantillons correspondante, et - un montage d'installations optiques, avec chaque fois un montage optique associé à une zone d'échantillons correspondante et réalisée de façon à émettre les rayons lumineux résultant d'une excitation optique de la zone d'échantillons correspondante et qui ne sont pas émis en direction de la zone de détecteur associée, pour qu'ils soient déviés en direction de la zone de détection associée et/ou en direction d'une zone sans détecteur sur la face arrière du substrat de support. L'invention a également pour objet un procédé d'analyse optique parallèle d'un dispositif d'échantillons comprenant les étapes suivantes: - utiliser un dispositif tel que défini ci-dessus, - exciter de manière optique en parallèle, le dispositif d'échantillons en irradiant la face avant du substrat de support, et - saisir la réponse optique de la zone échantillons dans la zone de détection respective. 4 Enfin, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif d'analyse optique parallèle tel que défini ci-dessus, réalisé par emboutissage profond ou injection ou encore impression. Le dispositif et le procédé d'analyse optique parallèle selon l'invention, ont l'avantage d'augmenter la sensibilité de l'analyse optique parallèle et de permettre d'obtenir un rapport signal/bruit plus élevé. L'idée de base de l'invention consiste à éviter de polluer le signal optique de mesure par de la lumière dispersée provenant des zones d'échantillons voisines et en outre de regrouper de préférence directement le faisceau optique. Le dispositif d'analyse optique parallèle selon l'invention permet notamment d'éviter que la lumière rayonnée horizontalement, puisse facilement être déviée pour être dirigée vers le fond ou face arrière du substrat de support par exemple de la plaque de microtitrage en focalisant la lumière vers la zone de détection associée. Ainsi, cela permet non seulement d'éviter de détériorer la sensibilité transversale par la lumière diffractée par les zones d'échantillon voisines, mais d'augmenter la sensibilité du signal optique en augmentant son intensité ou en focalisant. En même temps, l'invention ne modifie pas de manière négative les propriétés optiques ou géométriques nécessaires telles que par exemple la transparence ou la structure plate du substrat de support. Le comportement du substrat de support ne change pas à l'usage et ne nécessite aucune modification des procédés de mesure connus. Selon un développement préférentiel, les installations optiques ont des surfaces inclinées à réflexion totale. Ce mode de réalisation est d'une fabrication particulièrement facile. Suivant un autre développement préférentiel, les installations optiques ont des surfaces de miroir, inclinées, et dans ce mode de réalisation, l'angle de déviation ou d'inclinaison, se choisit librement. Selon un autre développement préférentiel, les installations optiques ont des segments de sphère en forme de miroir ce qui permet une focalisation particulièrement bonne sur la zone de détection respective. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide 5 d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif d'analyse optique parallèle d'un dispositif d'essais sous la forme d'une plaque de microtitrage correspondant à un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue schématique d'un dispositif d'analyse optique parallèle d'un dispositif d'échantillons sous la forme d'une plaque de microtitrage selon un second mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est une vue schématique d'un dispositif d'analyse optique parallèle d'un dispositif d'échantillons sous la forme d'une plaque de microtitrage correspondant à un troisième mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 est une vue schématique d'un dispositif connu d'analyse optique parallèle d'un dispositif d'échantillons sous la forme d'une plaque de microtitrage. Description d'exemples de réalisation Dans les différentes figures, on utilisera les mêmes références pour désigner les mêmes éléments ou des éléments de même fonction. La figure 1 est une vue schématique d'un dispositif d'analyse optique parallèle d'un dispositif d'échantillons sous la forme d'une plaque de microtitrage correspondant à un premier mode de réalisation de l'invention. A la figure 1, la référence 1 désigne un substrat de support en matière plastique sous la forme d'une plaque de microtitrage. Comme la plaque de microtitrage décrite en référence à la figure 4, le substrat de support 1 comporte des cavités K1, K2 comme zones d'échantillons pour recevoir les substances échantillons Al, A2. Les zones d'échantillons K1, K2, etc., sont habituellement réparties sous une forme de matrice sur un substrat de support 1 de forme 6 rectangulaire. Le substrat de support 1 a une épaisseur Hp comprise entre 2 et 4 mm. La profondeur des zones d'échantillons K1, K2 porte la référence Hw et est habituellement de l'ordre de 0,6-0,8 mm. Les références L1, L2, désignent chacune une installation optique autour des zones d'échantillons K1, K2 et cela sous forme annulaire dans le présent exemple, ces installations optiques sont formées pour envoyer des rayons lumineux ST1a, ST lb ou ST2a, ST2b, ST2c, que la zone d'échantillons K1, K2 correspondante, en fonction du rayonnement optique d'excitation AS, n'envoie pas en direction de la zone de détection D1, D2 respective, mais en déviant en direction de la zone sans détecteur au dos RS du substrat de support 1. Dans le présent exemple, cela se fait par déviation par réflexion totale sur des surfaces inclinées SPI, SP2 les zones échantillons K1, K2, respective entourant sous la forme d'anneaux concentriques. La réflexion totale repose sur les propriétés optiques de la matière du substrat de support 1 et de l'environnement (par exemple de l'air). En cas de réflexion totale, la lumière est réfléchie sous un angle inférieur à l'angle critique. Pour réaliser les surfaces inclinées SPI, SP2, qui se trouvent également dans une cavité KL sous la face avant VS, il ne faut aucune installation supplémentaire ni aucune étape de fabrication supplémentaire car de telles plaques de microtitrage sont généralement fabriquées en matière plastique et s'obtiennent par emboutissage profond, par injection ou par impression sur une forme. Les installations optiques L1, L2 évitent les rayons parasites ST comme ceux décrits ci-dessus en référence à la figure 4. Ainsi, les zones de détection D 1, D2 reçoivent uniquement les rayons de mesure MS 1, MS2 provenant de la zone d'échantillons correspondante ou de la substance échantillon Al ou A2 qui s'y trouve. La condition optique pour la réflexion totale est la suivante : = arcsin vair ni i Dans cette formule : nair est l'indice de réfraction de l'air, ni est l'indice de réfraction de la matière plastique. Des valeurs caractéristiques si l'on utilise des matières plastiques sont: ni = 1,5 (PC, COC), nair = - 1. Cela correspond aux plaques de microtitrage du commerce comme décrit ci-dessus avec un angle a 8 di est la distance par rapport à l'axe central S de la zone d'échantillons K1 et du milieu de la surface inclinée SP en forme de miroir comme cela est indiqué à la figure 2. La figure 3 est une vue schématique d'un dispositif d'analyse optique parallèle d'un dispositif d'échantillons sous la forme d'une plaque de microtitrage correspondant à un troisième mode de réalisation de la présente invention. Dans ce troisième mode de réalisation selon la figure 3, à la différence du second mode de réalisation selon la figure 2, on a une surface formée par un segment sphérique SK recouvert d'une couche de miroir M, par exemple en or. Le centre de la sphère porte schématiquement la référence MP, le rayon porte la référence r. Cette réalisation a l'avantage particulier que les rayons ST1", ST2", ST3", qui ne sont pas dirigés à l'origine sur la zone de détection D 1 correspondante, peuvent être encore mieux focalisés. Bien que la présente invention a été décrite à l'aide des exemples de réalisation préférentiels ci-dessus, elle n'est pas limitée à ceux-ci, mais permet de multiples variantes. Bien que la présente invention a été présentée en liaison avec des plaques de microtitrage, elle n'est pas limitée à cette application, mais peut s'utiliser en principe pour tous les substrats de support pour une analyse optique parallèle. Les installations optiques ne sont pas nécessairement intégrées dans le substrat de support. Il peut s'agir d'éléments discrets prévus à la surface du substrat. Les zones de détection peuvent être par exemple comme dans les exemples de réalisation ci-dessus, au dos du substrat de support, mais également à l'intérieur du substrat ou à distance de celui-ci. 35 9 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 substrat de support a angle de réflexion totale AS rayon d'excitation Al, A2 substance échantillon D1, D2, zone de détection K1, K2 cavité KL' cavité L1, L2 installations optiques L1' installation optique M couche métallique MS1, MS2 rayon de mesure indice de réfraction de l'air indice de réfraction de la matière plastique dos du substrat de support 1 section de surface sphérique surface inclinée rayon parasite rayon lumineux rayon lumineux rayon lumineux face avant du substrat de support nair ni RS SK SP ST ST l a, ST l b, ST2a, ST2b, ST2c ST1', ST2', ST3' ST1", ST2", ST3" VS25 REVENDICATIONS1 °) Dispositif d'analyse parallèle optique d'un dispositif d'échantillons comportant : - un substrat de support (1), - une disposition de zone d'échantillons (K1, K2) sur et/ou dans la face avant (VS) du substrat de support (1) pour recevoir des substances échantillons (Al, A2), - un montage de zone de détection (D1, D2) prévu sur et/ou dans la face arrière (RS) du substrat de support (1), une zone de détection (D1, D2) étant associée à une zone d'échantillons (K1, K2) correspondante, et - un montage d'installations optiques (L1, L2, L1', L1"), avec chaque fois un montage optique (L1, L2, L1', L1") associé à une zone d'échantillons (K1, K2) correspondante et réalisée de façon à émettre les rayons lumineux (ST 1 a, ST 1 b, ST2a, ST2b, ST2c, ST 1', ST2', ST3'; ST1", ST2", ST3") résultant d'une excitation optique de la zone d'échantillons (K1, K2) correspondante et qui ne sont pas émis en direction de la zone de détecteur associée (D1, D2), pour qu'ils soient déviés en direction de la zone de détection (D1, D2) associée et/ou en direction d'une zone sans détecteur sur la face arrière (RS) du substrat de support (1). 2°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les zones d'échantillons (K1, K2) ont une première cavité (K1, K2) dans la face avant (VS) du substrat de support (1). 3°) Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les installations optiques (L1, L2, L1', L1") sont situées dans deux cavités (KL, KL') de la face avant (VS) du substrat de support (1), et qui entourent les premières cavités (K1, K2). 4°) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que 11 les installations optiques (L1, L2, L1', L1") sont des surfaces inclinées (SPI, SP2) à réflexion totale. 5°) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les installations optiques (L1, L2, L1', L1") ont des surfaces inclinées (SP) en forme de miroir. 6°) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les installations optiques (L1, L2, L1', L1") sont des segments de sphère (SK) formés de surfaces de miroir. 7°) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les secondes cavités (KL) avec les installations optiques (L1, L2, L1', L1") entourent les zones d'échantillons (K1, K2) suivant une forme annulaire, notamment une forme d'anneau de cercle. 8°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat de support (1) est une plaque de microtitrage. 9°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les installations optiques (L1, L2, L1', L1") sont intégrées dans le substrat de support (1). 10°) Procédé d'analyse optique parallèle d'un dispositif d'échantillon comprenant les étapes suivantes : - utiliser un dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, - exciter de manière optique en parallèle, le dispositif d'échantillon en irradiant la face avant (VS) du substrat de support (1), et - saisir la réponse optique de la zone échantillons (K1, K2) dans la zone de détection respective (D1, D2).11 °) Procédé de réalisation d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu' on intègre les installations optiques (L1, L2, L1', L1") dans le substrat 5 de support (1) par emboutissage profond ou par injection ou par impression. 10