INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Ainsi, le premier aspect de l’invention concerne un dispositif de caractérisation 0 d’un milieu MUT par spectroscopie capacitive.
En référence à chacune des figures 1 à 13, le dispositif de caractérisation 0 comprend une électrode d’excitation 1 et une électrode de mesure 2. Chacune de ces électrodes présente une géométrie déterminée, par exemple telles qu’illustrées sur la . Les électrodes d’excitation 1 et de mesure 2 sont destinées à être agencées entre elles de sorte à former un condensateur 12.
En référence à chacune des figures 2 à 10A, le dispositif de caractérisation 0 comprend en outre une électrode de référence 3 présentant une géométrie déterminée et définissant un potentiel électrique de référence V g .
Le dispositif de caractérisation 0 comprend également, comme illustré sur les figures 11 à 13, une électronique de commande 5 configurée pour appliquer un potentiel électrique V d à l’électrode d’excitation 1, et, en référence à la , un circuit électronique de mesure 50 possédant une masse virtuelle V 0 connectée, de préférence directement, à l’électrode de mesure 2.
Si le dispositif de caractérisation 0 selon le premier aspect de l’invention se distingue des dispositifs de caractérisation existants, c’est en ce que les électrodes d’excitation, de mesure et de référence 1, 2 et 3 qu’il comprend sont ici destinées à être agencées entre elles et relativement au milieu MUT destiné à être caractérisé selon un agencement tel que : d’une part, l’électronique de commande 5 est configurée pour faire varier dans le temps le potentiel électrique V d à l’électrode d’excitation 1 avec une pulsation ω choisie de sorte que le milieu MUT destiné à être caractérisé soit au moins partiellement électriquement conducteur, d’autre part, en référence à la , les électrodes d’excitation et de mesure 1 et 2 sont agencées pour autoriser un premier courant électrique, noté i 1 -i g , à circuler entre elles via le milieu MUT, et les électrodes d’excitation et de référence 1 et 3 sont agencées pour autoriser un deuxième courant électrique, noté i g , à circuler entre elles via le milieu MUT.
De la sorte, en référence à l’une quelconque des figures 15, 16 et 19, au moins l’un parmi les couplages capacitifs suivants est créé : Un couplage capacitif C dm entre l’électrode d’excitation 1 et le milieu MUT, Un couplage capacitif C ms entre l’électrode de mesure 2 et le milieu MUT, et Un couplage capacitif C mg entre l’électrode de référence 3 et le milieu MUT ; qui n’est pas négligeable, mais au contraire significatif.
Notons ici qu’un tel couplage capacitif peut être lié à au moins l’un parmi le fait que l’électrode considérée est revêtue d’un matériau diélectrique et le fait que l’électrode considérée est intégrée dans la paroi 60 diélectrique d’un contenant 6 du milieu à caractériser, comme cela est notamment illustré aux figures 11 à 13.
Un tel agencement a pour conséquence qu’un courant, noté i 3 , provenant de l’électrode d’excitation 1 et parvenant à l’électrode de mesure 2, et par exemple tel qu’illustré sur la , constitue un signal utile qui, s’il est fortement perturbé par les champs de fuite, l’est de façon contrôlée, en particulier par celui ou ceux qui, parmi les couplages capacitifs ci-dessus énoncés, est le plus élevé ou sont les plus élevés.
Ainsi, dès lors que le circuit électronique de mesure 50 est configuré pour mesurer des grandeurs physiques représentatives du courant i 3 , une unité de calcul 51 du dispositif de caractérisation 0 peut avantageusement être configurée pour calculer, à partir de ces grandeurs physiques, une valeur de capacité électrique équivalente, notée C X , et/ou une valeur de conductance équivalente, notée G X , entre les électrodes d’excitation et de mesure 1 et 2, qui définissent un modèle électrique équivalent prenant naturellement en compte l’influence du milieu MUT au moins partiellement conducteur électriquement.
Dès lors que ledit modèle électrique équivalent est défini quantitativement par des valeurs dites équivalentes, ici de capacité électrique équivalente C X et de conductance équivalente G X , et que ces valeurs équivalentes sont impliquées dans une équation ou un système d’équations construit sur une modélisation du comportement d’un système de caractérisation 10 comprenant au moins le dispositif de caractérisation 0, une unité de traitement 52 du dispositif de caractérisation 0 peut avantageusement être configurée pour traiter chaque valeur équivalente ayant été calculée par l’unité de calcul 51, pour déterminer : au moins l’une parmi une valeur de capacitance C m du milieu MUT vers l’électrode de mesure 2 et une valeur de capacitance C mm du milieu MUT vers l’électrode de référence 3, et/ou au moins l’une parmi une valeur de conductance G m du milieu MUT vers l’électrode de mesure 2 et une valeur de conductance G mm du milieu MUT vers l’électrode de référence 3, en résolvant l’équation ou le système d’équations traduisant la modélisation choisie du comportement du système de caractérisation 10.
À titre d’exemple, trois modélisations différentes entre elles, référencées 1000, 1100 et 1200, sont illustrées sur les figures 15, 16 et 19.
De préférence, chaque équation relie entre elles au moins : l’une des valeurs équivalentes ayant été calculée, la capacitance C m du milieu MUT vers l’électrode de mesure 2 et la capacitance C mm du milieu MUT vers l’électrode de référence 3, la valeur du couplage capacitif C dm créé entre l’électrode d’excitation 1 et le milieu MUT, la valeur du couplage capacitif C ms créé entre l’électrode de mesure 2 et le milieu MUT et la valeur du couplage capacitif C mg créé entre l’électrode de référence 3 et le milieu MUT, une pulsation ω du potentiel électrique V d à l’électrode d’excitation 1, et la conductivité du milieu MUT à caractériser.
Comme précédemment annoncé, la illustre une modélisation possible d’un système de caractérisation 10 selon le deuxième aspect de l’invention. Selon cette modélisation, les parois 60 d’un contenant 6 du milieu MUT à caractériser sont représentés sous la forme de condensateurs de capacités notés C dm pour la paroi séparant l’électrode d’excitation 1 du milieu MUT, C ms pour la paroi séparant l’électrode de mesure 2 du milieu MUT et C mg pour la paroi séparant l’électrode de référence du milieu MUT. Notons que chacune de ces capacités est liée à l’une correspondante parmi autant d’admittances, notées Y dm , Y ms et Y mg , respectivement. Notons par ailleurs qu’un procédé d’étalonnage du dispositif de caractérisation 0 selon le deuxième aspect de l’invention ou du système de caractérisation 10 selon le deuxième aspect de l’invention aura pour principal objectif de déterminer au moins l’une de préférence chacune, de ces capacités C dm , C ms et C mg .
Dans des conditions altérées qui augmentent la vitesse du système SOC, sur la « Erreur de maintien », le deuxième retard DEL2 subit un retard négatif supplémentaire -Δ qui le rend plus court que le troisième retard DEL3. Ainsi, le deuxième retard DEL2-Δ ramène les fronts du signal numérique à motif Qg avant le front montant suivant du signal d’horloge retardé clkd. En conséquence, le deuxième circuit de bascule FFC2 délivre en Qr la valeur suivante du signal numérique à motif Qg, à chaque front montant du signal d’horloge retardé clkd. Ainsi, le deuxième circuit de bascule FFC2 agit de façon contraire au circuit de bascule de référence FFCr, mais en étant cadencé par les cycles d’horloge retardés clkd, et la sortie HV du deuxième comparateur vaut principalement « 1 » avec de courtes impulsions à « 0 » périodiquement à chaque cycle d’horloge pendant la durée de la différence entre le troisième retard DEL3 et le deuxième retard DEL2-Δ.
Dans la combinaison des deux conditions altérées, sur la « Erreur de réglage et de maintien », les deux résultats HV et SV sont combinés, c’est-à-dire que la sortie SV du premier comparateur est toujours à « 1 », et la sortie HV du deuxième comparateur est principalement à « 1 » avec de courtes impulsions à « 0 » périodiquement à chaque cycle d’horloge pendant la durée de la différence entre le troisième retard DEL3 et le deuxième retard DEL2-Δ.
Pour mémoire, les cellules à retard numérique des premier et deuxième circuits à retard DEL1, DEL2, mentionnés plus haut et ci-après, peuvent par exemple comporter une série d’un nombre impair de circuits inverseurs, afin d’accumuler leurs retards de propagation intrinsèques. Toutes ou une partie des sorties des inverseurs peuvent être transmises à un multiplexeur pour commander la durée du retard en sélectionnant l’entrée correspondante du multiplexeur.
La illustre un exemple de mode de réalisation depuis un point de vue plus élevé du système sur puce SOC comportant un capteur de procédé-tension-température « PVT » SNS, tel que celui décrit relativement aux figures 2A-2B-2C-2D-2E, et 3A-3B-3C-3D-3E.
Le capteur PVT SNS comprend ainsi le circuit de filtre FLT configuré pour propager le signal numérique à motif, en réponse aux variations du matériau semi-conducteur Smc, de la tension d’alimentation de fonctionnement Vdd et de la température de fonctionnement Tmp du système sur puce SOC, et un circuit de comparaison numérique CMP configuré pour générer un signal d’alerte WS en cas de divergence entre le signal numérique à motif engagé et le signal numérique à motif propagé.
Le capteur PVT comporte un étage d’engagement pour engager le signal numérique à motif, comprenant un générateur de signal à motif interne PGN, tel que décrit par exemple précédemment relativement aux figures 2A à 3E, une entrée extérieure EXT_PGN adaptée pour recevoir un signal numérique à motif généré extérieurement et un multiplexeur MUX configuré pour sélectionner le signal numérique à motif parmi la source interne et la source externe. Un circuit de porte logique GT peut être placé à la sortie du multiplexeur MUX pour activer ou désactiver la transmission du signal numérique à motif vers le filtre.
En outre, le capteur PVT SNS comprend une unité de logique de commande, par exemple une machine à états finis FSM, et comporte des registres REG configurés pour stocker des paramètres internes PVT_config, CMP_config du circuit de filtre FLT.
Les paramètres internes PVT_config, CMP_config sont configurables (c’est-à-dire adaptés pour être modifiés) et ils déterminent la sensibilité du circuit de filtre SNS aux variations du matériau semi-conducteur Smc, de la tension d’alimentation de fonctionnement Vdd et de la température de fonctionnement Tmp du système sur puce.
Par exemple, les paramètres internes comprennent un paramètre CMP_config qui configure la réponse de déclenchement du circuit comparateur CMP ; et ils comprennent la durée de retard des circuits à retard respectifs PVT_config, par exemple relativement aux figures 2A à 3E, la durée des retards introduits par le premier circuit de retard DEL1, le deuxième circuit de retard DEL2 et le troisième circuit de retard DEL3.
L’unité logique de commande (par exemple une machine à états finis) FSM, est prévue pour commander les différents éléments du capteur PVT, selon des signaux de commande qui proviennent par exemple d’un utilisateur ou d’un dispositif maître du système sur puce.
Par exemple, l’unité logique de commande (par exemple une machine à états finis) FSM commande le multiplexeur MUX avec un signal de sélection « sel » ; commande le circuit générateur de motif PGN avec un signal de configuration « Patt_gen_config » ; commande le circuit de porte GT avec des signaux d’activation et de désactivation « start » et « stop » ; transmet les paramètres internes PVT_config, CMP_config respectivement au circuit de filtre FLT et au circuit comparateur CMP, et reçoit le signal d’alerte WS.
De plus, le capteur PVT SNS comporte une interface de bus INTFC configurée pour recevoir et pour émettre des communications sur un bus interne BUS du système sur puce SOC. Le bus interne BUS est par exemple un bus interne du type AHB (« Advanced High-performance Bus », ou bus haute performance de conception avancée), un bus interne du type APB (« Advanced Peripheral Bus », ou bus périphérique de conception avancée), ou autres types de bus internes.
Par exemple, le capteur PVT SNS est configuré pour communiquer le signal d’alerte WS (violation de réglage SV ou violation de maintien HV) à une unité de décision Cœur n° 1, Cœur n° N ( ) via le bus interne BUS.
La représente un exemple globale schématique du système sur puce SOC comportant un capteur de procédé-tension-température « PVT » SNS, tel que décrit relativement aux figures 2A-2B-2C-2D-2E, 3A-3B-3C-3D-3E et à la .
Le système sur puce comprend en particulier au moins une unité de maître Cœur n° 1, Cœur n° N, au moins un bus interne de type AHB AHB1 et des périphériques CRYPTO, GPIO, …, CRC reliés au bus interne de type AHB AHB1, et au moins un bus interne de type APB Bus_APB, et des périphériques IP2, …, IP6 reliés au bus interne de type APB Bus_APB.
Les bus internes AHB1 et Bus_APB relient les circuits périphériques correspondants entre eux dans un domaine de bus respectif AHB1, APB_1, (APB_n). Chaque domaine de bus AHB1, APB_1, (APB_n) peut correspondre à une région d’une partie logique du système sur puce intégré SOC.
En électrochimie, il est courant d’utiliser des électrodes sensibles au pH. Plusieurs matériaux sont connus pour leur variation de potentiel caractéristique dans une gamme donnée de pH, parmi eux, des polymères conducteurs comme la polyaniline et des oxydes métalliques comme l’oxyde d’iridium.
La demande internationale WO 2021/032654 A1 [3] propose un dispositif du type automate autonome permettant de détecter la présence de micro-organismes dans un échantillon en suivant, par électrochimie, les variations de pH.
La majorité des équipes de recherche travaillant sur ces technologies utilisent l’électrochimie pour la détection a priori d’un pathogène. Grâce à l’utilisation d’une sonde immobilisée sur une électrode et en choisissant la méthode de mesure adaptée, il est en effet possible de détecter le couplage entre sonde et micro-organisme.
La sonde dépend du pathogène, du milieu et de la technique utilisée. Il est possible de greffer un anticorps, un bactériophage, une sonde thiol, un aptamère, une sonde ADN, une sonde ARN ou une sonde spécifique à une protéine afin de détecter un mécanisme biologique propre à la bactérie recherchée.
Les principales techniques utilisées sont l’ampérométrie consistant en la détection d’une variation de courant et la spectroscopie d’impédance consistant en la détection d’une modification de la résistance de l’électrode.
Le frein majeur à l’utilisation de ces technologies dans le domaine de la microbiologie diagnostique pour l’étape de détection est leur détection a priori , inenvisageable en terme clinique. De plus, bien que ces types d’électrodes permettent de discriminer les pathogènes entre celui recherché et d’autres microbes « parasites », il n’est pas possible d’identifier un pathogène autre que celui recherché.
Les inventeurs se sont fixé pour but de proposer un procédé répondant aux problèmes techniques des procédés de l’art antérieur i.e. un procédé facile à mettre en œuvre, rapide, efficace, permettant non seulement de détecter mais aussi d’identifier un micro-organisme contenu dans un échantillon liquide ou solide.
Présentation de l’invention La présente invention permet d’atteindre le but que se sont fixé les inventeurs. En effet, ces derniers ont montré qu’il est possible de proposer un procédé facile à mettre en œuvre, rapide, efficace, grâce auquel il est possible de détecter mais aussi d’identifier un micro-organisme contenu dans un échantillon liquide ou solide et ce, en utilisant l’électrochimie.
En particulier, l’invention repose sur une variation de signal électrochimique et notamment sur l’évolution de la dérivée du potentiel électrochimique par rapport au temps d’au moins une et typiquement de plusieurs électrodes de matériaux différents. Avec un traitement du signal adapté, il est possible de détecter la croissance d’un micro-organisme comme une croissance bactérienne et d’orienter l’identification. Cela permet donc une réduction du temps avant résultat, une diminution du temps de travail et des risques pour l’opérateur/trice.
Le procédé objet de l’invention peut être mis en œuvre sur le flacon instrumenté tel que décrit dans la demande internationale WO 2021/032654 A1 [3] dans lequel sont placées des électrodes composées de différents matériaux permettant une détection plus rapide pour deux raisons : 1) le flacon est déjà instrumenté et ne nécessite pas d’automate encombrant, le temps de transport requis habituellement n’est plus nécessaire et 2) la mesure est effectuée directement dans le flacon et non pas par l’intermédiaire d’un polymère sensible au dioxyde de carbone.
Plus particulièrement, la présente invention concerne un procédé pour détecter et éventuellement identifier un micro-organisme contenu dans un échantillon comprenant les étapes consistant à a) placer l’échantillon, dans un milieu de culture liquide, en présence d'une électrode de mesure et d’une électrode de référence et dans des conditions adaptées à la croissance des micro-organismes, b) mesurer, au cours du temps, la différence de potentiel entre l’électrode de mesure et l’électrode de référence, c) calculer la dérivée de la différence de potentiel à partir de la mesure effectuée à l’étape b) moyennant quoi le profil de la dérivée du potentiel est obtenu, et d) détecter et éventuellement identifier un micro-organisme contenu dans ledit échantillon à partir du profil obtenu à l’étape c).
L’échantillon mis en œuvre dans le cadre du procédé de l’invention peut être tout échantillon habituellement stérile mais susceptible de contenir des micro-organismes suite à un événement particulier comme une contamination, une infection, une pathologie ou un dysfonctionnement d’un système de filtration, de décontamination ou de nettoyage. Cet échantillon peut se présenter sous forme liquide ou solide.
L’échantillon mis en œuvre dans le procédé selon l’invention est avantageusement choisi dans le groupe constitué par un fluide biologique ; de l’eau comme, par exemple, de l’eau filtrée de grade stérile notamment utilisée dans les installations et la production médicale, de l’eau souterraine, de l’eau de source ou de l’eau de surface ; un prélèvement à partir d’un effluent industriel liquide ; un prélèvement provenant d’une filtration d’air ; un prélèvement dans un produit alimentaire, cosmétique ou pharmaceutique et un prélèvement sur un objet.
Dans un mode de réalisation particulier, le fluide biologique est avantageusement choisi dans le groupe constitué par le sang tel que du sang entier ou du sang entier anti-coagulé, le sérum sanguin, le plasma sanguin, la lymphe, les larmes, le sperme, l'urine, le lait, le liquide céphalo-rachidien, le liquide interstitiel, un liquide articulaire, un liquide péricardique, un fluide isolé de moelle osseuse, un extrait cellulaire, un extrait tissulaire, un extrait d’organes et un de leurs mélanges. Ainsi, le fluide biologique peut être tout fluide naturellement sécrété ou excrété d’un corps humain ou animal ou tout fluide récupéré, à partir d’un corps humain ou animal, par toute technique connue de l’homme du métier telle qu’une extraction, un prélèvement, une ponction ou un lavage. Les étapes de récupération et d’isolement de ces différents fluides à partir du corps humain ou animal sont réalisées préalablement à la mise en œuvre du procédé selon l’invention.
Dans un mode de réalisation particulier, l’effluent industriel liquide dans lequel le prélèvement est effectué peut être un effluent d’une industrie agro-alimentaire, pharmaceutique ou cosmétique.
Dans un mode de réalisation particulier, l’objet sur lequel le prélèvement est effectué peut être choisi parmi des installations de grande taille comme un objet industriel comme un appareil électronique ou une machine utilisée dans les industries agro-alimentaires, pharmaceutiques ou cosmétiques, une cuve, une cuisine de restaurant, une chambre froide, un sanitaire, un conteneur, et des objets de petite taille comme des dispositifs médicaux ou des tuyaux.
Dans le cas d’un polynôme de degré 2, la fonction de calibration est de type :
. L’ensemble des paramètres est ; .
La fonction de calibration est nécessairement bijective. Il est usuel que les canaux soient classés selon des amplitudes croissantes, auquel cas la fonction de calibration est croissante.
représente l’énergie correspondant à l’amplitude médiane du canal de rang , par l’application de la fonction de calibration . Ainsi, la fonction de calibration fait correspondre, à chaque canal de rang , une énergie .
L’objet de calibration émet des photons à des énergies d’émission . correspond au nombre d’énergies d’émission. Tous les pics, correspondant à des énergies d’émission, peuvent ne pas être détectés par la détection de pics, par exemple si la quantité de photons dans un pic est trop faible. Les rangs correspondant à certains pics détectés correspondent à certaines énergies d’émission .
La figure 5 représente un exemple de canaux ( = 5)correspondant à chaque pic détecté pris dans l’ordre croissant ( ), ainsi que les énergies d’émission des isotopes, également pris dans l’ordre ( croissant ( = 7). La fonction de calibration doit maximiser le nombre d’occurrences selon lesquelles .
Sur la figure 5, chaque occurrence est représentée par une flèche. Lorsque deux énergies d’émission sont rapprochées, elles peuvent être associées à un canal de même rang. Sur la figure 5, ce cas particulier est illustré par les énergies et .
Etape 130 : Etablissement d’une densité de probabilité
A chaque énergie d’émission correspond un canal de rang par l’application de la fonction , de telle sorte que
La notation désigne le fait que dépend de .
Comme précédemment indiqué, un pic détecté présente une certaine largeur spectrale , induisant une incertitude sur le rang du canal . On peut considérer que pour chaque énergie d’émission , le rang du canal dans lequel le pic est détecté est une variable suivant une densité de probabilité prédéterminée , par exemple gaussienne, telle que :
est le rang « vrai » du canal associé au pic d’énergie d’émission ; est le rang assigné au ème pic détecté ; .
Partant de (7), on peut écrire :
est un vecteur comportant l’ensemble des rangs des canaux correspondant à des pics détectés : est une probabilité qu’un pic de rang corresponde à une énergie d’émission ; est le vecteur ( ).
La est une vue schématique partielle en perspective d’un dispositif selon un huitième mode de réalisation du premier aspect de l’invention pour la caractérisation d’une partie au moins d’un corps humain, et par exemple pour la caractérisation d’états de cellules dudit corps humain ; le matériau diélectrique recouvrant l’électrode de référence n’y est pas représenté par souci de lisibilité.
Les figures 9A à 9C sont des vues schématiques partielles en coupe d’un dispositif selon d’autres modes de réalisation du premier aspect de l’invention, illustrant différents agencements des électrodes d’excitation, de mesure et de référence relativement au milieu MUT à caractériser, et relativement à un plan de masse PM optionnel ; le matériau diélectrique recouvrant l’électrode de référence n’est pas représenté par souci de lisibilité.
La est une vue schématique partielle en coupe d’un dispositif selon un autre mode de réalisation du premier aspect de l’invention, illustrant l’influence de l’épaisseur du matériau diélectrique séparant les électrodes d’excitation, de mesure et de référence du milieu MUT.
La est une vue schématique partielle en perspective d’un système de caractérisation selon un premier mode de réalisation du deuxième aspect de l’invention ; l’électrode de référence n’y est pas représentée par souci de lisibilité.
La est une vue schématique partielle en perspective d’un système de caractérisation selon un deuxième mode de réalisation du deuxième aspect de l’invention ; l’électrode de référence n’y est pas représentée par souci de lisibilité.
La est une vue schématique partielle de côté d’un système de caractérisation selon un troisième mode de réalisation du deuxième aspect de l’invention ; l’électrode de référence n’y est pas représentée par souci de lisibilité.