INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Les temps de réactions des processus de gélification connus de type décrits plus haut (copolymères d'acrylamide-bis-acrylamide et copolymères de PEG-acrylate/PEG-SH multi-bras) nécessitent souvent entre 10 et 30 minutes à température ambiante ou à des températures comprises entre 20 à 40°C pour former une structure polymère quasi complète [P. Blainey et al. (US10487354) ; Huang et al. (US2019/0202268) ; G. M. Church et al. (US 6,485,944) ; A. B. Chetverin et al. (EP1999268) ; A. B. Chetverin et al. (US6001568)]. Cette durée diminue l'efficacité des réactifs d'amplification qui sont généralement sensibles à la température (enzymes, fluorophores, etc.). En outre, cette durée est inadaptée à toutes les applications où la rapidité du test est importante, comme, par exemple, les applications dites au chevet du patient (« Point-of-Care Testing » en anglais). Pour de telles applications, une durée de gélification de l'ordre d'une minute serait souhaitable.
Le début d’une réaction de polymérisation est incontrôlable dans les techniques de l’Art. En effet, dans le cas d'hydrogels PEG-acrylate-PEG-SH à croissance par étapes la réaction est engagée dès le mélange des composants, et dans le cas d'hydrogels acrylamide-bis-acrylamide à croissance en chaîne la réaction est engagée lors du mélange des composants avec des initiateurs de polymérisation (par exemple APS-TEMED). Cela complique les manipulations de l'utilisateur (il existe un besoin de rapidité notamment) et affecte la reproductibilité d'un protocole en raison de la forte probabilité de formation de défauts de la matrice du gel lors du processus de mélange puis d’injection dans la chambre réactionnelle.
Il est de plus, impossible d'automatiser les processus de polymérisation connus, car la manipulation avec des répliques de 100-1000 réactions et plus nécessite la préparation séparée de lots de 2-5 réactions maximum. Cela complique également l'utilisation de chambres d'amplification de différentes formes (cassettes, chambres de réaction étroites ou allongées, c'est-à-dire de type tige ou capillaire, spécialement pliées ou enroulées dans une cassette plane pour pouvoir être placées dans un cycleur PCR standard), ce qui limite leur nombre à celles qui peuvent être remplies rapidement. Plus particulièrement, dans les procédés d’amplification en gel connus, la viscosité des mélanges réactionnels augmente dès l’introduction des polymères dans le mélange. Il s’ensuit que le mélange reactionnel gélifie rapidement et il faut l’introduire rapidement dans la chambre réactionnelle d’amplification. À défaut, le mélange gélifié peut boucher l’entrée de la chambre. Le mélange devient alors inutilisable et l’amplification échoue.
La réaction radicalaire en chaîne, par exemple dans le cas des gels d'acrylamide-bis-acrylamide, est une réaction sensible à la présence d'oxygène dans l'air. L’oxygène inhibe la polymérisation et contribue à la formation de réseaux contenant des réticulations hétérogènes et à haut poids moléculaire. Cela résulte en des hydrogels constitués de mailles de tailles variables. Par conséquent, il est préférable d'effectuer un processus de dégazage avant la réaction de polymérisation et/ou d'appliquer des conditions inertes pendant celle-ci. Cela nécessite des manipulations complexes et l'utilisation de plusieurs équipements de laboratoire, tels que des dessiccateurs, des réservoirs de gaz inerte ou des conduites de gaz inerte, des pompes, etc.
De plus, un inconvénient majeur de ces gels est que les monomères d'acrylate n'ayant pas réagi sont néfastes pour la réaction d'amplification. Il a été tenté de palier ce problème par des étapes supplémentaires de lavage (A. B. Chetverin et al. dans EP1999268 et US6001568). Mais cela augmente la complexité des procédés en y ajoutant des étapes longues, souvent associées à des pertes de rendement. En effet, le procédé de préparation des gels comprend: a) le traitement de la surface du verre avec un mélange de liant-silane-eau-éthanol-acide acétique pour la fixation du gel (environ 2h) ; b) le dégazage de la solution de pré-polymère (environ minimum 15 min) ; c) l’incubation à 4 °C pendant 1h, puis l'addition rapide d'agents initiateurs et la gélification à température ambiante pendant environ 40min ; d) le lavage du gel pendant environ 60min, suivi du séchage pendant une nuit à température ambiante ; e) la diffusion du mélange réactionnel d'amplification dans les gels. L'ensemble du processus dure ainsi environ 13h ou plus. Outre la contrainte de temps, un autre inconvénient majeur de ce type de procédé est qu’il rend quasi impossible d’utiliser ces gels pour des molécules cibles de tailles diverses (ADN, ARN, bactéries, virus). Ceci est notamment dû à une problématique de diffusion au sein du gel qui entraîne une distribution inégale des produits d'amplification.
Dans le cadre des réactions d’amplification d’acides nucléiques, la préparation de gels doit tenir compte d’un grand nombre de facteurs. On peut notamment citer la stabilité physique du gel, son inertie, la toxicité des composants, la compatibilité du gel avec les réactifs réactionnels d’amplification, ainsi que la compatibilité du gel avec les conditions d'amplification (c’est-à-dire d’une part l’influence des composants du gel sur les réactifs d'amplification et d’autre part l’influence des réactifs d'amplification sur la gélification).
Il a été tenté de réaliser des gels à base de PEG, en particulier un copolymère d'acrylate de PEG 4-Arm et de thiol de PEG 2-Arm, et d’y appliquer une réaction d’amplification d’acide nucléiques (P. Blainey et al. dans US10487354 ou Huang et al. dans US2019/0202268). Toutefois, le déclenchement trop rapide de la polymérisation et son caractère incontrôlable entraîne des difficultés qui rendent impossible l'industrialisation.
En définitive, les problèmes rencontrés dans l’art sont divers et variés, et on pourra citer en résumé: un long processus de préparation ; une polymérisation initiale trop rapide et non-contrôlable ; un temps trop long pour la formation du gel ; des problèmes de reproductibilité ; la formation de gels non-homogènes ; des manipulations complexes ; le dégazage ou des manipulations sous atmosphère inerte ; des protocoles en un grand nombre d’étapes ; la nécessité de laver les gels pour éliminer des potentiel inhibiteurs de l'amplification des acides nucléiques ; et la nécessité de plusieurs équipements de laboratoire (dessiccateurs, réservoirs de gaz inerte ou ligne de gaz inerte, pompes, bains de lavage, etc.).
Tout cela fait qu’aucune solution de technique d’amplification d’acides nucléiques (PCR notamment) ne peut être réalisée en gel de manière satisfaisante. Il n’existe d’ailleurs actuellement aucune technique d’amplification en gel commercialisée et/ou industrialisée à ce jour.
La Demanderesse a mis au point une composition et un procédé d’amplification d’acides nucléiques en hydrogel qui résout les problèmes de l’art. Ainsi, l’invention ne nécessite pas de manipulations complexes, utilise des réactifs non toxiques et compatibles aussi bien avec les acides nucléiques qu’avec l'amplification enzymatique de ceux-ci. La polymérisation avec la composition de l’invention est contrôlable au moyen d’un agent de polymérisation qui est sensible à la lumière et/ou à la température. L’agent de polymérisation de l’invention est photosensible et/ou thermosensible.
En particulier, l’invention offre une (i) simplicité de manipulation, une (ii) rapidité, une (iii) contrôlabilité, et un (iv) stockage drastiquement accrus par rapport à l’état de l’art. En effet, l’invention permet de (i.1) préparer la réaction d’amplification en une seule étape, et ce sans manipulations complexes. De plus, (i.2) aucune étape de dégazage n’est requise (souvent liée à une sensibilité à l’oxygène). La (ii.1) préparation est rapide, c’est-à-dire notamment sans lavage. Il n’y a par exemple pas besoin de laver les gels pour éliminer des potentiels inhibiteurs d’enzymes d’amplifications. La (ii.2) gélification est très rapide, et ce seulement après l’application d’un stimulus (lumineux ou thermique). Le (iii.1) stimulus est contrôlable spatialement et temporellement, et est en outre parfaitement (iii.2) reproductible. La (iii.3) taille des polonies est homogène, ce qui permet notamment de contrôler davantage le processus d’amplification. Les ingrédients de la composition de l’invention rendent possible leur (iv.1) mélange sans risque de gélification avant l’application du stimulus. Le (iv.2) stockage à long terme, ainsi que la réalisation d’un grand nombre de (iv.3) manipulations en parallèles deviennent possible avec l’invention.
L’invention vise notamment une polymérisation induite par la lumière ou par une température seuil d'un ou plusieurs monomères ou pré-polymères avec ou sans agent de photo- ou thermo-initiation. La polymérisation de l’invention combine les avantages des deux mécanismes de polymérisation décrits ci-dessus (croissance en chaîne et par étapes).
La photo-polymérisation et la thermo-polymérisation font partie des méthodes chimiques de formation des hydrogels. Elle se produit en exposant un système photosensible ou thermosensible composé de composants insaturés avec/sans photo- ou thermo-initiateur (avec/sans autres composants portant des groupes fonctionnels photo/thermosensibles) à la lumière ultraviolette (~200-400 nm) ou visible (~400-800 nm) ou à une température élevée (supérieure à la température ambiante).
L’invention concerne ainsi aussi l’utilisation d’un contacteur membranaire pour la régulation des flux en CO 2 et O 2 dans un procédé de culture des microorganismes dans lequel le CO 2 est une source de carbone dans le milieu de culture. Le contacteur membranaire peut être placé à l’intérieur ou à l’extérieur du réacteur biologique. Il est entendu que le contacteur membranaire peut éventuellement être placé dans un boitier, ce dernier étant à l’intérieur ou à l’extérieur du réacteur biologique. Préférentiellement, le contacteur membranaire est placé à l’intérieur du réacteur biologique. Les microorganismes et autres moyens de culture sont décrits précédemment.
L’invention concerne aussi un procédé de décarbonation d’un gaz riche en CO 2 qui comprend l’injection dudit gaz dans un réacteur biologique, ledit réacteur biologique comprenant un milieu de culture et des microorganismes capables de croitre dans ledit milieu de culture avec le CO 2 comme seule source de carbone et des moyens d’alimentation en CO 2 , caractérisé en ce que les moyens d’alimentation en CO 2 comprennent un contacteur membranaire pour la régulation des flux de CO 2 et O 2 dans le milieu de culture, le flux de CO 2 étant dirigé vers le milieu de culture, et le flux de O 2 étant dirigé vers l’extérieur du milieu de culture.
De manière avantageuse, la concentration en CO 2 dans le milieu de culture est régulée de manière à apporter la quantité nécessaire et suffisante à la culture des microorganismes, de manière que l’ensemble du CO 2 est consommé sans déperdition dans l’atmosphère.
En particulier, dans le procédé de décarbonation selon l’invention les seuls échanges gazeux entre le réacteur et l’environnement extérieur se font par le contacteur membranaire. Le réacteur est avantageusement clos.
Enfin, l’invention concerne un dispositif de fermentation de microorganismes, lesdits microorganismes étant des microalgues selon l’invention. Le dispositif de fermentation comprend : Une cuve de fermentation ou réacteur biologique, et Un moyen d’alimentation en CO 2 , comprenant un contacteur membranaire selon l’invention permettant de réguler les flux de CO 2 et de O 2 , le flux de CO 2 étant dirigé vers le milieu de culture et le flux de O 2 étant dirigé vers l’extérieur du milieu de culture.
En référence à la , le dispositif comprend un contacteur membranaire (2) couplé au réacteur biologique (1). Le flux du milieu de culture contenu dans le réacteur biologique (3) et (4) est assuré grâce à une pompe disposée (5) entre le réacteur biologique et le contacteur membranaire. Des sondes ou des capteurs (10) et (11) de mesure peuvent être ajoutées au dispositif. Il s’agit notamment de sondes de mesure de CO 2 et de O 2 .
Le contacteur membranaire est par ailleurs lié à une source de CO 2 qui induit un flux de CO 2 dans le contacteur membranaire (6) et (7). Le dispositif selon l’invention peut aussi comprendre une pompe à vide (8) afin de créer un flux de CO 2 . Le dispositif peut comprendre par ailleurs une cuve tampon (9) permettant le stockage de CO 2 . De préférence la cuve tampon est placée entre la source d’alimentation en CO 2 et le contacteur membranaire.
Selon l’invention, le contacteur membranaire comprend une membrane, préférentiellement une membrane à fibres creuses. Dans un mode de réalisation, la membrane à fibres creuses est choisie parmi les membranes microporeuses et les membranes non-poreuses ou denses.
Dans le dispositif de fermentation, le contacteur membranaire peut être placé à l’intérieur ou à l’extérieur du réacteur. Il est entendu que le contacteur membranaire peut être placé dans un boitier, lui-même placé à l’intérieur ou à l’extérieur du réacteur biologique. Dans un mode de réalisation préféré, le contacteur membranaire est placé à l’intérieur du réacteur.
Selon un mode particulier de réalisation, le réacteur est clos, isolé de l’extérieur, les seuls échanges gazeux avec l’extérieur étant faits via le contacteur membranaire avec un apport en CO 2 et une évacuation de l’O 2 .
EXEMPLES EXEMPLE 1 : Variation de la quantité de dioxygène (O 2 )
But : Eliminer l’O 2 dissous en fonction des caractéristiques géométriques et physico-chimiques du réacteur en faisant varier le débit du milieu dans le contacteur.
Conditions expérimentales : Photobioréacteur dans lequel la surface d’émission de la lumière reste constante (250 m²). La quantité de photons émises par les surfaces de lumière varient de 1050 à 0 µmol photons/m²/s. Il n’y a pas de zone non éclairée dans le réacteur (fd=0).
Dans cette configuration il est possible de déterminer la vitesse du flux du milieu dans les membranes en fonction de la quantité d’O 2 présente dans le milieu et produite par les microalgues selon les configurations du photobioréacteur.
La quantité d’O 2 produite est modélisée via la production de la biomasse avec la méthode suivante : où YO 2 /x est égal à 1.5 kgO 2 /kg de biomasse produite et PV est la productivité volumique.
La concentration en dioxygène dissous est comprise entre 8 g/m 3 et 30 g/m 3 . En effet, il a été constaté qu’une concentration d'oxygène dissous inférieur à 8 g/m 3 peut avoir un effet négatif sur la croissance des microalgues, tandis qu’une solubilité en O₂ supérieur à 30 g/m 3 peut induire une perte de la productivité de la biomasse sur Chlorella vulgaris . Par conséquent, le flux du milieu dans le contacteur membranaire dépend de ΔO 2 correspondant à la formule suivante : ΔO 2 (mg/L) = -0.79 – 0.66 * concentration O 2 initiale (mg/L) + 0.29 * vitesse du flux du milieu (L/min)
Selon certains modes de réalisation, une métadonnée de priorité peut être « modéré » ou « élevé ». Une notification dite ‘notification de priorité modérée’ fait référence à une suggestion de priorité basse pour la mission en cours, alors qu’une notification dite ‘notification de priorité élevée’ fait référence à une suggestion de priorité haute à délivrer à l’équipage, en lien avec par exemple un possible état critique d’un composant dans un des systèmes certifiés de l’avionique.
Avantageusement, l’intégration d’une métadonnée de priorité dans le procédé de l’invention permet d'identifier aisément le niveau d’importance et/ou d’urgence d’une suggestion, et en conséquence de réduire la charge de travail de l’équipage, les opérateurs étant plus attentifs aux tâches prioritaires intégrées dans leurs flux d’actions.
A l’issue de l’étape 440 d’application d’une opération de classification à la notification enregistrée dans la mémoire de notifications 166-4, une classe notée est associée à la notification . La classe est déterminée parmi un ensemble de classes ( , et par exemple), et en fonction de règles prédéfinies mises en œuvre par l’unité de classification et de traitement des notifications 164. La première classe correspondant à la classe de notifications « à exécuter » par l’unité de classification et de traitement des notifications 164 est notée . La deuxième classe correspondant à la classe de notifications « à archiver » (dans une mémoire de sauvegarde 166-6) est notée . La troisième classe correspond à la classe des notifications « en attente ».
La figure 5 est un schéma illustrant les différentes sous-étapes possible de l’étape 450 d’application d’un traitement de la notification en fonction de la classe déterminée, par l’unité de classification et de traitement des notifications 164, selon des modes de réalisation.
L’étape 452 de génération d’un rendu sur l’interface Homme-Machine 180 est une sous-étape du traitement de notification. Cette sous-étape 452 est mise en œuvre si une notification appartenant à la classe satisfait une condition d’affichage définie telle que . La formulation indique que la classe est soit incluse dans la première classe ou soit incluse la deuxième classe .
A la sous-étape 454, la notification peut être supprimée de la mémoire de notifications 166-4, puis sauvegardée dans la mémoire de sauvegarde 166-6 dans la sous-étape 456. Ces sous-étapes 454 et 456 sont mises en œuvre si la notification traitée correspond à une classe satisfaisant la condition de sauvegarde . La formulation indique que la classe est incluse dans la deuxième classe .
L’étape 440 d’application d’une opération de classification mise en œuvre par l’unité de classification et de traitement des notifications 164 peut être réitérée, telle une sous-étape possible de l’étape 450, si la notification traitée correspond à une classe satisfaisant une condition de reclassification . La formulation indique que la classe est soit incluse dans la première classe ou soit incluse la troisième classe .
Le procédé selon les modes de réalisation de l’invention permet ainsi un traitement efficace des suggestions et un affichage optimisé des notifications associées sur l’interface Homme-Machine 180 (c’est-à-dire déclenché aux instants les plus adaptés), compte tenu du contenu des suggestions et de la surveillance de la situation courante de la mission. La surveillance de la situation courante de la mission fait référence aux mises à jour, effectuées selon une fréquence prédéfinie par le dispositif, des sources de données de mission en cours ou futures 120, afin notamment de maintenir :
- la surveillance de l’état de l’aéronef et de l’avionique (par exemple et de manière non limitative par une veille de la phase de vol),
- la surveillance de l’environnement (par exemple par une veille météo), et/ou
- la surveillance des actions des opérateurs de l’équipage de l’aéronef (par exemple une veille des interactions des opérateurs sur différentes interfaces Homme-Machine des systèmes constituant le cockpit), ou encore la surveillance de l’état physiologique des opérateurs de l’équipage de l’aéronef (c’est-à-dire une veille associée à des capteurs auditifs, visuels ou encore de santé connectés aux opérateurs).
Ainsi, l’unité de génération de notifications 162 et l’unité de classification et de traitement des notifications 164, sont adaptées pour prendre en compte dans leurs règles prédéfinies respectives, une partie au moins du contenu des suggestions, et une partie au moins de la surveillance de la situation courante de la mission. Selon certains modes de réalisation, ces unités 162 et 164 peuvent être connectées au moins en partie aux sources de données de mission en cours ou futures 120 (exemple, mise à jour de contexte suite à un changement de phase de vol).
En particulier, l’étape 440 d’application d’une opération de classification peut prendre en compte des informations relatives :
- aux suggestions,
- à la surveillance de la situation courante de la mission et notamment à la capacité des opérateurs de l’équipage à traiter la notification,
- au type de la notification (« simple » ou « complexe » par exemple) et à l’indicateur de priorité de la notification (par rapport au moment présent par exemple), et/ou
Chaque système de calcul 4 1 à 4 P effectue un apprentissage des valeurs des paramètres w 1 à w Q sur des données internes I 1n à I Pn , et fournit en sortie une contribution fournissant les valeurs des paramètres calculées.
Chaque participant p utilise un nombre effectif Np de données internes, les valeurs de Np étant spécifiques à chaque participant.
Le système d’agrégation 10 met en œuvre, dans ce mode de réalisation, un module 20’ de réception des contributions des systèmes de calcul participants et de calcul des paramètres finaux du modèle de classification à appliquer, ainsi qu’un module 22 d’évaluation d’une qualité de la contribution dudit participant en fonction des contributions des autres participants, et un module 24 de vérification d’un critère de validation pour chaque participant, et si l’un des participants ne satisfait pas le critère de validation, d’élimination dudit participant de l’apprentissage collaboratif.
De manière analogue à ce qui a été décrit en référence à la , les modules 20’, 22, 24 sont, dans un mode de réalisation, réalisés sous forme d’instructions logicielles formant un programme d’ordinateur, qui, lorsqu’il est exécuté par un dispositif électronique programmable, met en œuvre un procédé d’apprentissage collaboratif automatique à multi-participants selon l’invention.
En variante non représentée ces modules sont réalisés sous forme de composants logiques programmables, tels que des FPGA, des microprocesseurs, des composants GPGPU, ou encore de circuits intégrés dédiés, tels que des ASIC.
La est un synoptique des principales étapes d’un procédé de d’apprentissage collaboratif automatique multi- participants d’un modèle de classification de données d’entrée de type prédéterminé selon un mode de réalisation.
Le procédé comporte une étape 30 de réception des contributions des P systèmes de calcul participants, pour un tour d’exécution.
Le procédé sera décrit ci-dessous pour le cas le cas a), correspondant au système 2 de la , où la contribution est une association entre données d’entrée et labels correspondants, les mêmes données d’entrée de type prédéterminé étant fournies à chacun des P systèmes de calcul. Dans ce cas, un tour d’exécution correspond à la réception de la contribution pour une donnée d’entrée ou pour un sous-ensemble prédéterminé des données d’entrée, par exemple I 1 à I n .
Par exemple, la contribution de chaque participant est reçue sous forme d’un vecteur de labels, la position d’un label dans le vecteur indiquant l’indice de donnée d’entrée associé.
Les labels sont par exemple des valeurs numériques, chaque valeur numérique indiquant une classe prédéterminée de la classification.
Le procédé comporte également 32 de calcul d’un modèle de classification agrégé.
Dans le cas a) mentionné ci-dessus, à partir des contributions des P participants distincts, chaque contribution d’un participant d’indice p comportant, pour au moins une donnée d’entrée I k , un label de classification L pk associé, le label final LF k associé à la donnée d’entrée I k est calculé à partir des labels L 1k à L Pk reçus.
Par exemple, un algorithme de vote majoritaire est appliqué, le label final LF k étant choisi égal au label majoritaire parmi les labels L 1k à L Pk reçus.
Cette attribution de valeur de label est efficace lorsque le nombre de participants est suffisant, en particulier au moins égal à 3, et que, par hypothèse, la majorité des participants comporte des participants « honnêtes », qui fournissent des contributions obtenues suite à des calculs effectifs.
Le procédé comporte en outre une étape 34, appliquée pour chaque participant d’indice k, de comparaison de la contribution de ce participant et de la valeur finale du modèle de classification.
Dans le cas a), pour un participant d’indice k donné, on examine le label de classification L kj associée à la ou à chaque donnée d’entrée I j en comparaison avec le label final attribué LF j .
En l’espèce, l’antenne 10 présente une largeur et une longueur de 5 cm.
Dans le cas de la , le dipôle alimenté 14A est connecté au système de réception du GPS.