Brevet FR3011488A1 — publié le 20150410

DISPOSITIF POUR MELANGER UN VOLUME DE LIQUIDE Domaine technique [1] La présente invention se rapporte en général à un dispositif pour mélanger un volume de liquide, et plus particulièrement à un dispositif pour mélanger un petit volume de liquide inférieur à 500pL. [2] Plus précisément, l'invention concerne un dispositif pour mélanger un volume de liquide qui comporte : - un support adapté pour supporter un récipient contenant le volume de liquide ; - des moyens d'excitation adaptés pour exciter, via le support et le récipient, le volume de liquide à une amplitude d'excitation et à une fréquence d'excitation ; - un générateur pour générer cette amplitude d'excitation et cette fréquence d'excitation, le générateur étant connecté avec les moyens d'excitation. Etat de la technique [3] Un tel dispositif pour mélanger un volume de liquide est connu de l'homme du métier, notamment par l'exemple qu'en donne la demande de brevet internationale WO 2006/027602. [4] Particulièrement, le but de l'objet décrit dans cette demande est de réaliser un dispositif pour mélanger un volume de liquide qui assure un mélange de liquide optimal, à savoir un mélange de liquide où un mélange chaotique est obtenu. [5] Afin d'atteindre ce but, la demande mentionnée propose d'exciter un volume de liquide aux fréquences d'excitation qui correspondent aux fréquences propres du liquide. Plus particulièrement, la demande mentionnée propose d'exciter le volume de liquide à une fréquence d'excitation qui peut varier approximativement entre 10Hz et 5Khz et à une amplitude d'excitation qui peut être approximativement 0,1mm. En outre, la demande mentionnée décrit que des fréquences d'excitation encore plus élevés, ayant une valeur jusqu'à 20kHz, et des amplitudes d'excitation plus élevés que 0,1mm, peuvent être envisagées afin d'optimiser le mélange de liquide. [06] Toutefois, la demande de brevet internationale WO 2006/027602 décrit des gammes de fréquence d'excitation et des gammes d'amplitude d'excitation très larges et ambigües, sans réussir à déterminer un domaine particulier de fréquence d'excitation et d'amplitude d'excitation, dans lequel le mélange de liquide est optimal. [07] Il existe donc un réel besoin de proposer un dispositif pour mélanger un volume de liquide qui résout ces inconvénients de l'art antérieur et particulièrement qui assure un mélange de liquide optimal. Description de l'invention [08] Pour résoudre les inconvénients cités précédemment, l'invention propose un dispositif pour mélanger un volume de liquide, comportant : - un support adapté pour supporter un récipient contenant le volume de liquide ; - des moyens d'excitation adaptés pour exciter, via le support et le récipient, le volume de liquide à une amplitude d'excitation (A) et à une fréquence d'excitation (t) ; - un générateur pour générer ladite amplitude d'excitation (A) et ladite fréquence d'excitation (f), le générateur étant connecté avec les moyens d'excitation ; [09] Avec cet objectif en vue, le dispositif selon l'invention, par ailleurs conforme au préambule cité ci-avant, est essentiellement caractérisé en ce que l'amplitude d'excitation (A) est fonction de la fréquence d'excitation (t) selon la formule A = x + ye(-D , dans laquelle x, y et z sont des paramètres configurés pour déterminer un domaine de mélange optimal du volume de liquide en délimitant l'amplitude d'excitation dans un premier intervalle borné et la fréquence d'excitation dans un second intervalle borné. [10] La formule mentionnée permet à déterminer des couples des valeurs amplitude d'excitation-fréquence d'excitation qui déterminent un domaine de mélange de liquide optimal. [11] Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont : - un dispositif pour mélanger un volume de liquide, dans lequel les paramètres x, y et z dépendent de la viscosité du volume de liquide - un dispositif pour mélanger un volume de liquide, dans lequel, pour un volume de liquide ayant une viscosité inférieure à 100mPa.s, le premier intervalle borné est entre 0,11mm et 0,58mm et le second intervalle borné est entre 100Hz et 300Hz. - un dispositif pour mélanger un volume de liquide, dans lequel le récipient est une plaque multi-puits - un dispositif pour mélanger un volume de liquide, dans lequel les moyens d'excitation comportent une table vibrante - un dispositif pour mélanger un volume de liquide, dans lequel la table vibrante génère un mouvement de vibration verticale et/ou horizontale [12] Un autre aspect de l'invention se rapporte à un procédé pour mélanger un volume de liquide, comportant les étapes suivantes : - placement du volume de liquide sur un récipient posé sur un support ; - génération d'une amplitude d'excitation (A) et d'une fréquence d'excitation (f) via un générateur, l'amplitude d'excitation (A) étant fonction de la fréquence d'excitation (f) selon la formule A = x + ye(-D , dans laquelle x, y et z sont des paramètres configurés pour déterminer un domaine de mélange optimal du volume de liquide en délimitant l'amplitude d'excitation (A) dans un premier intervalle borné et la fréquence d'excitation (f) dans un second intervalle borné; - excitation du volume de liquide à ladite amplitude d'excitation (A) et à ladite fréquence d'excitation(f), via des moyens d'excitation adaptés pour exciter, via le support et le récipient, le volume de liquide. Selon une particularité du procédé, les paramètres x, y et z dépendent de la viscosité du volume de liquide. Selon une particularité du procédé, pour un volume de liquide ayant une viscosité inférieure à 100mPa-s, le premier intervalle borné est entre 0,11mm et 0,58mm et le second intervalle borné est entre 100Hz et 300Hz. Brève description des figures [13] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d'exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles : - La figure 1 représente un dispositif pour mélanger un volume de liquide selon un mode de réalisation de l'invention. - La figure 2 représente un diagramme illustrant le domaine de mélange de liquide optimal obtenu par le dispositif du mode de réalisation de la figure 1. - La figure 3 représente un procédé pour mélanger un volume de liquide selon un mode de réalisation de l'invention. zo Modes de réalisation [14] La Figure 1 décrit un dispositif 10 pour mélanger un volume de liquide. Il est à noter que le volume de liquide à mélanger peut comprendre des particules que l'on souhaite disperser ou maintenir en dispersion. Alternativement, le volume de liquide à mélanger peut comprendre au 25 moins deux types différents de liquide à mélanger, lesquels peuvent avoir une viscosité commune ou différente. Spécifiquement, le dispositif 10 est utilisé pour mélanger des volumes de liquide inférieurs à 500 pL qui présentent une viscosité qui peut aller jusqu'à 1500 mPa.s. [15] Particulièrement, le dispositif 10 illustré dans la figure 1, comporte un support 20 qui est adapté pour supporter un récipient 50 contenant le volume de liquide à mélanger et en outre, il comporte des moyens d'excitation 30 adaptés pour exciter ce volume de liquide à une amplitude d'excitation (A) et à une fréquence d'excitation (f), via le support 20 et le récipient 50. [16] Le support 20 peut être fixé aux moyens d'excitation 30 de manière permanente ou de manière temporaire. Particulièrement, dans la figure 1, le support 20 est fixé aux moyens d'excitation de manière temporaire via une vis 60. De la même façon, le récipient 50 peut être fixé au support 20 de manière permanente ou de manière temporaire. Dans un exemple, la fixation temporaire entre le récipient 50 et le support 20 peut être obtenue via au moins une vis (non illustrée dans la figure 1). [17] Les moyens d'excitation 30 illustrés dans la figure 1 comportent une 15 table vibrante déjà connue aux dispositifs pour mélanger un volume de liquide de l'art antérieur. Particulièrement, cette table vibrante inclut un moteur synchrone (non illustré dans la figure 1) qui est bien connu par l'homme du métier et qui est adapté à faire vibrer la table vibrante à une amplitude d'excitation (A) et à une fréquence d'excitation (f). Il est à noter 20 que selon un exemple la table vibrante est adaptée pour générer un mouvement de vibration verticale ou horizontale. Selon un autre exemple, la table vibrante est adaptée pour générer un mouvement de vibration verticale et horizontale. [18] Le récipient 50 illustré dans la figure 1 est une plaque multi-puits bien 25 connue par l'homme du métier qui peut comporter au moins deux puits, chaque puits contenant des volumes de liquide à mélanger. Dans un autre exemple, le récipient 50 est une plaque plane permettant le dépôt de volumes de liquide qui sont stabilisés à sa surface. Particulièrement, la surface de la plaque plane est hydrophobe et elle comporte de places 30 hydrophiles où les petits volumes de liquide peuvent être placés. Un exemple de ce type de récipient est le « DropArrayTM Microplate » de la société Curiox. [19] Comme illustré dans la figure 1, le dispositif 10 comporte en outre un générateur 40 qui est connecté aux moyens d'excitation 30 et qui est adapté pour générer une amplitude d'excitation (A) et une fréquence d'excitation (f). Particulièrement, le générateur 40 est un générateur de fréquence qui permet de délivrer au moteur synchrone de la table vibrante un signal avec l'amplitude d'excitation (A) et la fréquence d'excitation (f) désirée pour mélanger le liquide. Le signal délivré peut être sous forme de sinusoïdes, de créneaux, ou de triangles. [20] Dans la mesure où le générateur de fréquence n'est pas forcément suffisant pour activer la table vibrante, qui peut nécessiter plusieurs centaines de watt dans le cas des plaques multi-puits, il est en plus connecté à un amplificateur qui permet d'obtenir un signal amplifié ayant l'énergie nécessaire pour activer la table vibrante. [21] Il est à noter que l'amplitude d'excitation (A) qui est généré par le générateur de fréquence est fonction de la fréquence d'excitation (f) selon la formule A = x + ye(-D , dans laquelle x, y et z sont des paramètres configurés pour déterminer un domaine de mélange optimal du volume de liquide en délimitant l'amplitude d'excitation dans un premier intervalle borné et la fréquence d'excitation dans un second intervalle borné. Particulièrement, la formule A = x + ye(-D permet de déterminer deux courbes délimitant le domaine de mélange optimal, ces deux courbes comprenant des couples des valeurs amplitude d'excitation-fréquence d'excitation pour lesquels le mélange est optimal. Il est important de noter que la formule A = x + ye(-D est vérifiée par l'expérimentation telle qu'illustrée à la figure 2 qui est décrit ci-dessous. [22] Selon une particularité, les paramètres x, y et z dépendent en particulier de la viscosité du volume de liquide à mélanger. [23] Selon une autre particularité, pour un volume de liquide ayant une viscosité inférieure à 100mPa.s, le domaine de mélange optimal correspond à un premier intervalle borné d'amplitude d'excitation entre 0,11mm et 0,58mm et à un second intervalle borné de fréquence d'excitation entre 100Hz et 300Hz. Il est à noter que ce premier intervalle borné et ce second intervalle borné sont délimités par une première courbe obtenue par la formule A = x + ye(-D avec x=0,12, y=6,75 et z=35,7 et par une seconde courbe obtenue par ladite formule avec x=0,15, y=1,85 et z=66. Le domaine de mélange optimal qui correspond au premier intervalle d'amplitude d'excitation borné entre 0,11mm et 0,58mm et au second intervalle de fréquence d'excitation borné entre 100Hz et 300Hz correspondent au domaine (III) de mélange optimal illustré dans la figure 2. [24] Particulièrement, la figure 2 représente un diagramme de mesures expérimentales de l'amplitude d'excitation (A) et de la fréquence d'excitation (f) pour un volume de liquide ayant une viscosité inférieure à 100 mPa.s. [25] Plus particulièrement, le diagramme de la figure 2 illustre quatre domaines (I-IV) de mélange de liquide qui sont déterminés par les mesures expérimentales de l'amplitude d'excitation (A) et de la fréquence d'excitation (f). [26] Le domaine (I) de la figure 2 correspond aux couples des valeurs amplitude d'excitation-fréquence d'excitation pour lesquelles le volume de liquide n'est pas mélangé. [27] Le domaine (II) de la figure 2 correspond aux couples des valeurs amplitude d'excitation-fréquence d'excitation pour lesquelles le volume de liquide est mélangé de manière non optimisée puisque des écoulements internes laminaires sont apparents. [28] Le domaine (IV) de la figure 2 correspond aux couples des valeurs amplitude d'excitation-fréquence d'excitation pour lesquelles le volume de liquide est aussi mélangé de manière non optimisée puisque des gouttelettes de liquide sont projetées à partir du volume de liquide en dehors du récipient 50, ou à partir d'un volume de liquide du récipient 50 à un autre volume de liquide du récipient 50. [29] Cependant, le domaine (III) de la figure 2 correspond à des couples de valeurs amplitude d'excitation-fréquence d'excitation pour lesquelles les particules du volume de liquide présentent un mélange chaotique et ainsi le liquide est mélangé de manière optimale. Particulièrement, comme il est illustré dans la figure 2, les couples des valeurs amplitude d'excitation-fréquence d'excitation correspondant au domaine (III) de mélange optimal du volume de liquide sont délimités dans un premier intervalle d'amplitude d'excitation borné entre 0,11mm et 0,58mm et par un second intervalle de fréquence d'excitation borné entre 100Hz et 300Hz. [30] Cependant, il est important de noter que pendant les mesures expérimentales, il a été observé que, pour quelques mesures expérimentales, le domaine (III) de mélange optimal était délimité par un premier intervalle d'amplitude d'excitation borné entre 0,08mm et 1mm et par un second intervalle de fréquence d'excitation borné entre 60Hz et 400Hz. [31] La figure 3 illustre un procédé pour mélanger un volume de liquide et peut être effectué en utilisant le dispositif 10 décrit ci-dessus. [32] Dans une étape 100 du procédé, le volume de liquide est placé sur un récipient 50 posé sur un support 20. [33] Dans une étape 200 du procédé, une amplitude d'excitation (A) et d'une fréquence d'excitation(f) sont générées via un générateur 40. Ladite amplitude d'excitation (A) est fonction de ladite fréquence d'excitation (f) selon la formule A = x + ye(-D , dans laquelle x, y et z sont des paramètres configurés pour déterminer un domaine de mélange optimal du volume de liquide en délimitant l'amplitude d'excitation (A) dans un premier intervalle borné et la fréquence d'excitation (f) dans un second intervalle borné. [34] Dans une étape 300 du procédé, le volume de liquide est excité à ladite amplitude d'excitation (A) et à ladite fréquence d'excitation(f), via des moyens d'excitation 30 adaptés pour exciter, via le support 20 et le récipient 50, ledit volume de liquide. [35] Selon une autre particularité du procédé, les paramètres x, y et z dépendent de la viscosité du volume de liquide. [36] Selon une particularité du procédé, pour un volume de liquide ayant une viscosité inférieure à 100mPa.s, le premier intervalle borné d'amplitude d'excitation (A) mentionné dans l'étape 200 du procédé est entre 0,11mm et 0,58mm et le second intervalle borné de fréquence d'excitation (f) mentionné dans l'étape 200 du procédé est entre 100Hz et 300Hz. Il est à noter que ce premier intervalle borné et ce second intervalle borné sont délimités par une première courbe obtenue par la formule A = x + ye(-D avec x=0,12, y=6,75 et z=35,7 et par une seconde courbe obtenue par ladite formule avec x=0,15, y=1,85 et z=66. [37] L'invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d'exemple et non comme limitant l'invention a cette seule description. 25 30 REVENDICATIONS1. Dispositif (10) pour mélanger un volume de liquide, comportant : - un support (20) adapté pour supporter un récipient (50) contenant le volume de liquide ; - des moyens d'excitation (30) adaptés pour exciter, via le support (20) et le récipient (50), le volume de liquide à une amplitude d'excitation (A) et à une fréquence d'excitation (t) ; - un générateur (40) pour générer ladite amplitude d'excitation (A) et ladite fréquence d'excitation (f), le générateur (40) étant connecté avec les moyens d'excitation (30); caractérisé en ce que l'amplitude d'excitation (A) est fonction de la fréquence d'excitation (f) selon la formule A = x + ye(-D , dans laquelle x, y et z sont des paramètres configurés pour déterminer un domaine de mélange optimal du volume de liquide en délimitant l'amplitude d'excitation dans un premier intervalle borné et la fréquence d'excitation dans un second intervalle borné. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les paramètres x, y et z dépendent de la viscosité du volume de liquide. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel, pour un volume de liquide ayant une viscosité inférieure à 100mPa.s, le premier intervalle borné est entre 0,11mm et 0,58mm et le second intervalle borné est entre 100Hz et 300Hz. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le récipient (50) est une plaque multi-puits. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les moyens d'excitation (30) comportent une table vibrante. 6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel la table vibrante génère un mouvement de vibration verticale et/ou horizontale. 7. Procédé pour mélanger un volume de liquide, comportant les étapes suivantes : - placement (100) du volume de liquide sur un récipient (50) posé sur un support (20) ; - génération (200) d'une amplitude d'excitation (A) et d'une fréquence d'excitation (f) via un générateur (40), l'amplitude d'excitation (A) étant fonction de la fréquence d'excitation (f) selon la formule A = x + ye(-D , dans laquelle x, y et z sont des paramètres configurés pour déterminer un domaine de mélange optimal du volume de liquide en délimitant l'amplitude d'excitation (A) dans un premier intervalle borné et la fréquence d'excitation (f) dans un second intervalle borné; - excitation (300) du volume de liquide à ladite amplitude d'excitation (A) et à ladite fréquence d'excitation (f), via des moyens d'excitation (30) adaptés pour exciter, via le support (20) et le récipient (50), le volume de liquide. 8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel les paramètres x, y et z dépendent de la viscosité du volume de liquide. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, dans lequel, pour un volume de liquide ayant une viscosité inférieure à 100mPa.s, le premier intervalle borné est entre 0,11mm et 0,58mm et le second intervalle borné est entre 100Hz et 300Hz.25