CA2438859A1 - Appareil pour le prelevement et le depot en microreseaux de solutions - Google Patents

Abstract

La présente invention a pour objet un appareil (1) de prélèvement et de dépôt sur une surface (2) sous forme de microgouttes (2') de solutions, notamment chimiques ou biologiques, comprenant au moins une micropipette ou pointe de dépôt (3) montée sur une tête (4) mobile selon au moins une direction, au moins entre un ou plusieurs site(s) de prélèvement (5) et un ou plusieurs site(s) de dépôt (6). Appareil caractérisé en ce que la ou les micropipettes (3) sont montées dans le corps de ladite tête (4), avec faculté de translation relative par rapport à cette dernière, par l'intermédiaire d'un dispositif de contrôle et de limitation des efforts d'application de la ou des micropipettes (3) sur la surface de dépôt (2), associé à un dispositif de guidage en translation de cette ou ces dernières par rapport à ladite tête (4), lors ou en vue de leur mise en contact avec ladite surface (2).

Description

Appareil pour le prélèvement et le dépôt en microréseaux de solutions La présente invention concerne le domaine du prélèvement et du dépôt contrôlés de substances par un appareil ou un système électromécanique similaire, notamment pour le dépôt sur une surface d'un grand nombre de molécules de produits chimiques ou biologiques différents (solutions d'ADN, de protéines, de réactifs chimiques ou autres), et a pour objet un appareil de prélèvement et de dépôt sur une surface de solutions en très faibles quantités, sous la forme de réseaux) de microgouttes haute densité.
Il existe actuellement déjà plusieurs appareils réalisant des dépôts de substances liquides sous forme de microgouttes sur des surfaces diverses.
Ces appareils connus peuvent être répartis dans deux groupes distincts en fonction du mode de dépôt mis en oeuvre, à savoir, les appareils réalisant le dépôt par contact physique entre l'organe de prélèvement et la surface de dépôt et ceux réalisant le dépôt sans contact physique, c'est-à-dire par projection.
Or, chacun des deux types d'appareils présentent des inconvénients et des limitations constituant autant d'obstacles à une utilisation fiable et durable desdits appareils.
En effet, les appareils connus procédant par contact physique ne possèdent aucun moyen efficace de limitation de la pression de contact entre l'organe de prélèvement et la surface de dépôt, d'où il résulte à
relativement bref délai une détérioration desdits organes et/ou de la surface de dépôt et donc une reproductibilité incertaine en termes de précision des dépôts consécutifs, du fait d'une modification de la géométrie et de la configuration desdits organes et de ladite surface, en plus d'une contamination des substances déposées par des débris ou par des substances prélevées antérieurement, du fait d'un nettoyage incomplet des organes ébréchés.
Ces problèmes sont particulièrement apparents lors de la mise en oeuvre d'organes à pointes fendues, n'autorisant pas du fait de leur forme même un nettoyage satisfaisant, ni une reproductibilité satisfaisante en dimension et en géométrie des gouttes déposées.

2 Des problèmes similaires apparaissent avec les appareils dans lesquels les dépôts se font par emboutissement de pellicules par des pointes de dépôt cylindriques.
Par ailleurs, les appareils connus réalisant le dépôt par projection ne permettent pas de contrôler la forme de la goutte projetée,' ni de manière précise la quantité de substance déposée par goutte. De plus, une telle projection peut, dans certains cas, aboutir à l'éclatement de la goutte projetée et donc à la contamination de gouttes voisines et/ou de la surface s'étendant entre lesdites gouttes déposées. Cette technique n'est par conséquent pas adaptée à un dépôt haute densité quantitativement contrôlée.
La présente invention a notamment pour but de pallier au moins certains des inconvénients et limitations des appareils existants précités et de proposer un appareil permettant de réaliser des microréseaux de haute densité avec une bonne reproductibilité, de manière performante et fiable.
A cet effet, l'invention a pour objet un appareil de prélèvement et de dépôt sur une surface, sous forme de microgouttes, de solutions, notamment chimiques ou biologiques, comprenant au moins une micropipette ou pointe de dépôt montée sur une tête mobile selon au moins une direction, au moins entre un ou plusieurs sites) de prélèvement et un ou plusieurs sites) de dépôt, caractérisé en ce que la ou les micropipettes sont creuses et sont montées dans le corps de ladite tête, avec faculté de translation relative par rapport à cette dernière, par l'intermédiaire d'un dispositif de contrôle et de limitation des efforts d'application de la ou des micropipettes sur la surface de dépôt, associé à un dispositif de guidage de cette ou ces dernières par rapport à ladite tête, lors ou en vue de leur mise en contact avec ladite surface.
Les sites de prélèvement et de dépôt seront avantageusement disposés selon un arrangement matriciel plan sur des plaques ou dans des réceptacles respectifs correspondants.
La tête mobile pourra, par exemple, être déplaçable selon deux directions perpendiculaires, en étant montée sur une structure support fixe, et les plaques ou réceptacles recevant lesdits sites être alors mobiles indépendamment dans des directions parallèles entre elles et perpendiculaires en plan contenant les deux directions de déplacement de la tête mobile ou des micropipettes montées sur cette dernière.
En variante, il pourra être prévu que la tête soit supportée par une structure elle-même mobile dans une direction perpendiculaire au plan

3 contenant les deux directions de déplacement de la tête mobile (par exemple un bras ou un portique déplaçable en translation), les plaques ou réceptacles étant alors fixes.
Lorsque la tête n'est mobile que dans une direction, il pourra être prévu que lesdits plaques ou réceptacles soient mobiles dans deux directions perpendiculaires dans un plan orthogonal à la direction de déplacement de la tête ou que lesdites plaques ou réceptacles soient mobiles selon une direction et que la structure support de la tête soit également mobile selon une autre direction, les trois directions de déplacement étant perpendiculaires deux à deux.
Dans tous les cas, la tête mobile présentera trois degrés de liberté relatifs par rapport aulx) sites) de prélèvement et/ou aulx) sites) de dépôt.
De manière préférentielle, chaque micropipette présente un corps, cylindrique ou non, traversé longitudinalement par un canal et présentant une extrémité effilée, par exemple de forme sensiblement conique, se terminant par une surface de contact terminale, annulaire et plane.
Afin de pouvoir contrôler de manière sûre la forme et les dimensions de la goutte à déposer, l'extrémité effilée présente, avant de déboucher sur la surface de contact terminale, une surface de raccord réalisant un passage continu entre la surface conique de l'extrémité effilée et la surface de contact plane, avantageusement générée par une portion de courbe parabolique.
La micropipette pourra, par exemple, présenter un corps cylindre qui se rétrécit de manière conique au niveau de son extrémité libre ou de dépôt.
En variante, chaque micropipette peut être pourvue, au niveau de son extrémité libre ou de dépôt, d'une formation protubérante sensiblement annulaire, circonférentiellement continue ou non, entourant l'extrémité effilée et séparée de cette dernière par une zone de renfoncement annulaire formée ou ménagée dans ladite extrémité du corps de la micropipette considérée, ladite formation protubérante annulaire se terminant par une surface de contact terminale plane, située dans un plan parallèle, et le cas échéant confondu, avec le plan comprenant la surface de contact de l'extrémité effilée.

4 Ces surfaces de contact peuvent être décalées entre elles dans la direction longitudinale du corps de chaque micropipette et, dans ce cas, les sites de dépôt sont situés dans des creux ou des renfoncements correspondants.
Selon l'invention, le dispositif de guidage, propre à chaque micropipette ou commun à toutes les micropipettes, peut n'assurer qu'un simple guidage au niveau d'une unique surface de guidage mais, pour obtenir une meilleure précision de mouvement et de positionnement, il assurera avantageusement un double guidage du corps de chaque micropipette, au niveau de deux zones de guidage en translation espacées par rapport à la tête mobile dans le corps de laquelle elle est montée (dégagement d'un espace intermédiaire pour des capteurs et/ou des éléments actionneurs).
Conformément à un premier mode de réalisation de l'invention, chaque dispositif de contrôle et de limitation d'effort consiste en un dispositif compliant passif, tel qu'un élément intermédiaire élastiquement flexible ou compressible, assurant une transmission contrôlée des efforts de poussée et du mouvement de translation entre le corps de la tête mobile et la micropipette concernée.
Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, chaque dispositif de contrôle et de limitation d'effort consiste en un dispositif actif sous la forme d'un actionneur solidaire de la tête mobile, agissant directement sur le corps de la micropipette considérée ou sur une pièce de transmission des efforts formée ou fixée sur cette dernière en vue de sa mise en contact avec la surface et contrôlé au moyen d'une boucle de régulation et d'asservissement intégrant également un moyen de mesure ou de détermination directe ou indirecte de la force d'application de ladite micropipette sur la surface de dépôt.
Conformément à un troisième mode de réalisation de l'invention, chaque dispositif de contrôle et de limitation d'effort consiste en un dispositif mixte intégrant un actionneur commandé par une boucle de régulation et d'asservissement intégrant un moyen de mesure ou de détermination directe ou indirecte et agissant sur la micropipette associée par l'intermédiaire d'un dispositif compliant passif.
La détermination de la force d'application peut, par exemple, être réalisée par une mesure indirecte, par observation et/ou estimation.

De manière avantageuse, la quantité de liquide prélevée et déposée par chaque micropipette est contrôlée par l'intermédiaire de moyens réalisant une variation de pression d'un gaz au niveau de l'extrémité
de la micropipette opposée à son extrémité libre ou de dépôt.

5 L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un mode de réalisation de l'appareil selon l'invention ;
la figure 2 est une vue par transparence et à une échelle différente d'une partie d'une micropipette faisant partie de l'appareil représenté sur la figure 1 ;
la figure 3 est une vue en élévation latérale et en coupe d'une partie de la tête mobile faisant partie de l'appareil représenté sur la figure et dans laquelle une micropipette est montée, en relation avec un dispositif compliant passif ;
la figure 4 est une vue en élévation latérale et en coupe d'une partie de la tête mobile faisant partie de l'appareil représenté sur la figure et dans laquelle une micropipette est montée, en relation avec un dispositif de contrôle et de limitation d'effort mixte ;
la figure 5 est un schéma synoptique représentant sous forme de blocs fonctions une structure possible d'une boucle de régulation et d'asservissement de force pouvant être mise en oeuvre dans le dispositif selon l'invention ;
la figure 6 est une représentation schématique du circuit fluidique associé à la tête mobile faisant partie du dispositif selon l'invention ;
la figure 7 est une vue, à une échelle différente, du détail A de la figure 2 (le contour de la goutte déposée est représenté en traits interrompus) ;
la figure 8 est une vue similaire à celle de la figure 2 d'une variante de réalisation de l'extrémité d'une micropipette faisant partie de l'appareil représentée sur la figure 1, et, les figures 9A et 9B sont des représentations schématiques montrant le dépôt d'une goutte sur deux supports présentant des sites de

6 dépôt avec des écartements différents, avec une micropipette selon la figure 8.
Comme le montrent les figures des dessins annexés, l'appareil 1 de prélèvement et de dépôt sur une surface 2 sous forme de microgouttes 2' de solutions, notamment chimiques ou biologiques, comprend au moins une micropipette ou pointe de dépôt 3 montée sur une tête 4 mobile selon une direction Y ou Z ou deux directions différentes Y et Z, au moins entre un ou plusieurs sites) de prélèvement 5 et un ou plusieurs sites) de dépôt 6.
Préférentiellement, la tête 4 est montée mobile selon deux directions Y et Z sur une structure support du type portique fixe 12 et les plaques ou réceptacles 5' et 6' recevant respectivement les sites 5 et 6 sont mobiles indépendamment selon des directions parallèles X et X1, l'ensemble étant installé sur un plan support 13 fixe.
La ou les micropipettes 3 sont montées dans le corps de ladite tête 4, avec faculté de translation relative par rapport à cette dernière, par l'intermédiaire d'un dispositif 7 de contrôle et de limitation des efforts d'application de la ou des micropipettes 3 sur la surface de dépôt 2, associé
à un dispositif 8, 8' de guidage en translation de cette ou ces dernières par rapport à ladite tête 4, lors ou en vue de leur mise en contact avec ladite surface 2.
L'appareil 1, tel que représenté sur les figures annexées, comprend, en outre, d'une part, un bras ou un portique 12 portant la tête mobile 4 et autorisant au moins son déplacement selon un axe ou le déplacement des micropipettes 3 dans un plan, préférentiellement selon deux directions orthogonales Y et Z et, d'autre part, un plan support 13 (d'une table ou d'un meuble analogue) sur lequel sont disposés le ou les sites 5 de prélèvement des solutions, par exemple sous la forme de plaquettes, de puits ou de contenants analogues, les sites 6 pour le dépôt en microréseaux des microgouttes 2' de solutions prélevées par les micropipettes 3 et un site ou une station 14 de vidange et de lavage desdites micropipettes 3, le bras ou portique 12 pouvant être déplaçable en translation dans une direction X sensiblement perpendiculaire au plan Y, Z
de déplacement de la tête mobile 4 ou des micropipettes 3 montées sur cette dernière.
De manière avantageuse, l'appareil 1 consiste en un robot programmable dont le bras en forme de portique 12 supportant la tête mobile 4 se déplace relativement par rapport au plan support 13 fixe ou

7 dont les plaques ou réceptacles 5' et 6' se déplacent par rapport audit plan 13, le bras 12 étant fixe.
La figure 1 définit les différents axes de mouvement possibles pour la tête mobile 4, à savoir un déplacement longitudinal (axes X, X1) par l'intermédiaire du portique 12 ou des plaques 5' et 6', un déplacement transversal (axe Y) par translation de la tête sur la barre support dudit portique 12, et un déplacement vertical (axe Z) pour le prélèvement ou le dépôt.
On notera que le déplacement en vue du dépôt peut résulter du seul déplacement de la tête mobile 4 (dispositif 7 passif) ou de la combinaison d'un premier déplacement grossier de la tête mobile 4 et d'un déplacement fin final de chaque micropipette ou pointe de dépôt 3 par un actionneur 10 (dispositif 7 actif ou mixte).
La tête de dépôt 4 est avantageusement constituée de quatre sous-ensembles : les pointes de dépôt 3, un dispositif 8, 8' de guidage et de positionnement précis, un dispositif 7 de contrôle des efforts de contact et un ensemble de capillaires et de chambre de pression (non représenté
spécifiquement) permettant le contrôle de la pression à l'intérieur des pointes de dépôt 3.
La tête de dépôt 4 permet de déposer des gouttes 2' de forme prédéfinie (circulaire dans la plupart des cas) avec une grande régularité et une très bonne répétabilité et est munie d'une ou de plusieurs micropipettes ou pointes 3. Préférentiellement, comme le montre la figure l, la tête mobile 4 comporte une pluralité de micropipettes 3 arrangées en rangées et en colonnes selon une structure matricielle à deux dimensions. Le nombre de pointes 3 doit être compatible avec la taille et la densité de gouttes 2' du microréseau à réaliser.
Le tableau ci-dessus donne, à titre d'indications non limitatives, des possibilités d'utilisation de têtes à pointes multiples selon l'invention.
La tête de dépôt 4 permet de contrôler le volume exact prélevé dans chaque puits et de réaliser un lavage efficace (taux de contamination inférieur à
0,1 %) entre deux chargements consécutifs.

8 Tte 1 pointe2 pointes4 pointes8 pointes16 pointes Nombre minimum de solutions 1 24 576 576 576 densit = 700 gouttes /cm2 Nombre minimun de solutions 1 36 1296 1296 1296 densit = 1600 gouttes/cm2 Les pointes de dépôt 3 utilisées sont, comme le montrent les figures 1, 3 et 4, de forme cylindrique creuse (corps cylindrique 3' traversé
longitudinalement par un canal 3"). Le diamètre extérieur D' du corps 3' (sans incidence sur la dimension des gouttes) doit permettre une bonne saisie et un guidage précis de la pointe, cette dernière étant taillée en cône à
l'une 3 "' de ses extrémités.
La figure 2 montre une esquisse de la réalisation d'une pointe de dépôt 3. La partie conique (sa forme spécifique et sa pente n'ont pas d'importance) permet de réduire le diamètre et de passer du diamètre extérieur D' au diamètre terminal D (diamètre extérieur de la surface de contact terminale 3""), ce dernier étant du même ordre de grandeur que le diamètre des gouttes 2' à déposer (un diamètre de 150 ~m conduit à des gouttes de diamètre de 180 gym, par exemple).
La surface de raccord 3""' (partie de la surface extérieure de la micropipette mouillée lors du contact de cette dernière avec la surface de dépôt) entre la partie effilée 3 "' et la surface de contact terminale 3""
peut être conique ou avoir une autre forme. On peut par exemple vouloir optimiser la taille des gouttes en fonction des variations de viscosité ou de tension de surface des solutions ce qui nécessitera une forme et une configuration particulières de la partie effilée 3"' et de la surface de raccord Préférentiellement, ladite surface de raccord 3""' réalise un passage continu entre la surface conique de l'extrémité effilée 3"' et la surface de contact plane 3"", avantageusement générée par une portion de courbe parabolique.
Comme le montre, à titre d'exemple, la figure 7 des dessins annexés, la surface de raccord 3""' doit avantageusement permettre le

9 passage progressif de la surface terminale 3"" plane et cylindrique à la surface 3"' conique. Il est, de ce fait, nécessaire d'avoir un raccordement tangent et une variation progressive de la pente.
Le diamètre intérieur d influence deux paramètres essentiels du procédé de dépôt, à savoir la pression de contact de la pointe avec la surface de dépôt et la vitesse du processus de lavage. Pour aboutir à un bon compromis entre ces deux paramètres, la valeur du diamètre intérieur d se situe préférentiellement entre 0,2 et 0,8 fois la valeur du diamètre terminal D.
Le dispositif de guidage 8, 8' permet aux pointes de dépôt 3 de coulisser librement selon un axe perpendiculaire à la surface de dépôt 2.
L'homme du métier notera que seul le déplacement final d'arrivée en contact avec la surface de prélèvement ou de dépôt doit être perpendiculaire, le mouvement préalable pouvant éventuellement être un mouvement de pivotement ou une suite de mouvements de translation selon différentes directions. La goutte 2' est déposée par contact entre la pointe 3 et la surface 2. La réserve de solution pour le dépôt de plusieurs gouttes 2' est constituée par le volume intérieur (canal 3 ") de la pointe 3 et par un éventuel volume supplémentaire (cylindre de diamètre plus important par exemple) à l'arrière de la pointe 3.
Dans le cas d'une tête 4 multipointe, le dispositif de guidage 8, 8' peut être commun à toutes les pointes 3 ou propre à chacune. Le mouvement d'approche et de mise en contact est obtenu par la commande de l'axe Z du portique 12, par un actionneur 10 spécialement dédié à cette tâche ou par la combinaison des deux actions précitées (dispositif 7 mixte).
Le dispositif 7 de contrôle des efforts de contact entre la pointe de dépôt 3 et la surface 2 est un élément essentiel pour l'obtention de microréseaux de qualité. La surface terminale 3"" de la pointe de dépôt est plane et permet de garantir une valeur maximale de pression de contact (et donc d'étanchéité) entre la pointe 3 et la surface 2 par le contrôle de la force d'interaction pointe-surface. Cette force est contrôlée par un dispositif compliant passif 9 ou par un dispositif actif 10 (actionneur), qui garantit la qualité du dépôt des gouttes ainsi que l'accrochage des molécules (d'ADN
par exemple) sur la surface. Ce dispositif 7 ainsi que la forme des pointes 3 évitent les projections de liquide sur la surface 3, ainsi que l'éclatement des gouttes 2'.

La figure 3 montre schématiquement un dispositif compliant passif. Ce dispositif 9 est constitué par un élément flexible (type lame ressort) ou compressible (type ressort de traction-compression) qui exerce une force sur la pointe 3 ou sur une pièce 9' solidaire de la pointe, cette 5 force étant réglée par un élément de tarage (par exemple vis ou rondelle formant cale de réglage), placé à l'arrière du dispositif compliant 9 à
l'opposé de la butée 9' solidaire de la micropipette 3 ou du même côté que cette dernière. La force d'interaction avec la surface de dépôt 2 est donc une résultante de la force de tarage initiale et de la valeur de déplacement selon

10 l'axe Z lors du dépôt.
La figure 4 montre un mode de réalisation du dispositif 7 sous la forme d'un dispositif actif mixte. Ce dispositif est constitué d'un actionneur 10 qui exerce une force sur la pointe 3 ou sur une pièce 9' solidaire de la pointe 3. Cette force est exercée soit directement (non représenté), soit par l'intermédiaire d'un dispositif compliant 9 (type ressort) monté entre une pièce de transmission d'effort 10' sur laquelle agit l'actionneur 10 et la pièce 9'. Cette pièce 10' pourra, le cas échéant, servir d'élément de tarage.
La force pour le déplacement et la mise en contact est créée par un actionneur 10 (électrique, pneumatique ou hydraulique). Dans le cas d'un actionneur électromagnétique, par exemple un électroaimant ou un moteur linéaire, un dispositif électronique de commande (non représenté) permet d'asservir la force exercée. La force est mesurée soit directement par un capteur 11 inséré entre le dispositif compliant 9 et la pointe 3, soit indirectement par un modèle d'observateur et la mesure de déformation du dispositif compliant.
Lorsqu'il n'y a pas de dispositif compliant 9, la force est mesurée directement entre l'actionneur 10 et la pointe 3.
L'asservissement de force permet de contrôler la force d'interaction avec la surface 2 et en particulier sa valeur maximale. Cette action permet de garantir que l'on n'abîme pas la surface, son revêtement ou tout autre produit qu'on aurait déposé dessus, ni les pointes 3 elles-mêmes.
L'asservissement est réalisé soit par un dispositif purement électronique analogique, soit par un système numérique à microprocesseur ou encore par les deux à la fois. La consigne est élaborée en fonction de la tâche à
réaliser (microréseau) et du ou des matériaux déposés sur la surface de dépôt 2 ou constituant cette dernière. Le dispositif compliant 9 permet d'amortir le

11 choc lors du contact. En l'absence de dispositif compliant 9, le choc est amorti par un choix approprié de la consigne de l'asservissement.
La figure 5 détaille les différentes fonctions relatives à
l'ensemble de régulation et d'asservissement des efforts de contact. La valeur de l'effort de contact est obtenue soit par la mesure directe de celui ci, soit indirectement par la détermination à l'aide d'une équation de comportement mécanique et la mesure d'une grandeur de même type ou de nature différente. Il est par exemple possible de déterminer l'effort de contact par la mesure du déplacement de la pointe et de l'équation dynamique de comportement de la partie mobile (la technique de détermination peut être basée sur un estimateur ou sur un observateur).
L'étage alimentant l'actionneur est par exemple un amplificateur de puissance (par exemple un étage linéaire dit "push-pull", un étage connu sous la désignation MLI, etc.). Les boucles de régulation et d'asservissement sont composées des fonctions de mesure et/ou d'observation/prédiction, de filtrage, de comparaison, de correction et de génération de signaux de consigne (commande). Les fonctions d'observation/prédiction, de filtrage, de comparaison, de correction et de génération de signaux de consigne peuvent être réalisées de manière connue par un dispositif numérique à microprocesseur, ou par une solution analogique.
Les inventeurs ont, par ailleurs, constaté qu'une des difficultés possibles empêchant un bon dépôt reproductible provient de la double fonction de la surface de contact terminale 3 "".
En effet, comme le montrent les figures 2 à 4 des dessins annexés, cette surface 3"" doit à la fois permettre l'adhésion des produits chimiques ou biologiques et servir de référence pour arrêter le mouvement de translation selon la normale.
Une solution peut consister à séparer les deux fonctions, c'est-à-dire prévoir une première surface 3"" réalisant le dépôt et une seconde surface 17' réalisant la limitation du mouvement normal de la micropipette 3 considérée.
Les figures 8, 9A et 9B illustrent un mode de réalisation d'une micropipette répondant à la solution indiquée ci-dessus, mise en oeuvre avec des plaquettes comportant des sites ou zones de dépôt 6, 19 et des sites ou zones d'appui 20.

12 Sur les figures 9A et 9B, on distingue les deux zones 19 et 20 sur le substrat de réception. La zone 19 est la surface de dépôt des produits chimiques ou biologiques. La zone 19 est donc recouverte des mêmes produits adhérents (polylysine, silane, etc.) qu'habituellement dans la production de microréseaux. La zone 20 ne reçoit aucun dépôt de produit et n'a pour fonction que d'arrêter le mouvement selon l'axe perpendiculaire à
la surface de dépôt.
La micropipette 3 a dans ce cas une forme particulière adaptée à l'opération de dépôt. Elle possède une surface de contact ou de liaison supplémentaire 17' venant en liaison avec la zone 20. La pression de contact entre la micropipette et la zone 20 est limitée par les mêmes dispositifs 5 à

que ceux exposés précédemment. La surface terminale 3"" de la micropipette 3 est conçue pour être alors à proximité ou juste en contact avec la zone de dépôt 19. Il est bien entendu nécessaire de prévoir une différence de niveau entre les surfaces 3"" et 17' compatible avec la différence de niveau des surfaces de réception 19 et 20. La partie centrale de la micropipette 3 possède les mêmes caractéristiques que celles décrites en relation avec la figure 2, à savoir une surface terminale 3"", une surface conique 3"", une surface 3' sensiblement cylindrique et éventuellement une surface de raccord 3""'. Elle est également toujours traversée par un canal 3"
de circulation débouchant sur la surface 3""
Comme le montrent les figures 9A et 9B, les zones 19 et 20 peuvent être situées dans des plans mutuellement décalés, de même que les surfaces 17' et 3"".
La zone 18 forme un creux séparant clairement la surface 3"' de la surface 17' et a pour rôle essentiel d'éviter que le liquide mouillant la surface 3"" n'aille mouiller la surface 17'.
Lorsque la zone 19 est située plus basse que la zone 20, on peut alors placer un autre dépôt à proximité sans risque de toucher le dépôt précédent. La figure 9A montre la position de la micropipette 3 lors d'un dépôt à proximité d'un dépôt précédent. Le creux est dans ce cas choisi avec une profondeur supérieure à la hauteur des dépôts précédemment formés.
La figure 9B montre le cas d'un dépôt avec recouvrement partiel du dépôt précédent par la micropipette 3.
Un dispositif particulier est élaboré pour permettre le nettoyage des micropipettes 3. Un autre dispositif est mis en oeuvre pour éliminer le liquide mouillant les surfaces 17' et 18 après un prélèvement.

13 En vue de l'utilisation de la tête mobile, un ensemble capillaires / chambre de pression associée permet de relier la ou les pointes de dépôt à
une pompe (péristaltique ou autres) et permet de faire circuler des fluides (eau, solvant, air, gaz) à l'intérieur des pointes. Il assure ainsi une double fonction : un nettoyage efficace lors du lavage (décrit par la suite) et un contrôle précis des quantités de liquide manipulé (ce qui est particulièrement important lors du prélèvement de solutions de composés biologiques ou chimiques), permettant ainsi d'économiser les solutions.
La figure 6 montre une possibilité de réalisation d'un circuit fluidique associé à la tête mobile 4.
La chambre de pression 15 permet d'équilibrer les pressions lorsque plusieurs micropipettes ou pointes 3 sont contrôlées par le même canal de la pompe. Les pointes de dépôt 3 sont reliées à la chambre de pression 15 par des tuyaux de raccord 15' flexibles et peuvent éventuellement être raccordées entre eux par des tés de raccord 15". La chambre de pression 15 peut être un élément de liaison spécifique ou être constituée des tuyaux de raccord eux-mêmes. Le rôle de la chambre de pression est de faire communiquer les tuyaux raccordés aux pointes 3 avec les pompes 16 ou des réservoirs 16' de stockage de fluide (sous pression ou non). Des électrovannes commandées par l'unité (ordinateur) de contrôle sont ouvertes en fonction des processus de lavage ou de dépôts.
L'électrovanne EV 1 contrôle via un fluide gazeux la pression ou dépression de la chambre et des tuyaux de raccord. L'électrovanne EV2 contrôle via un fluide liquide la pression ou dépression de la chambre et des tuyaux raccord. Le fluide liquide est principalement utilisé durant le processus de lavage. L'électrovanne EV3 permet de relier la chambre et les tuyaux de raccord à la pression atmosphérique et ainsi d'équilibrer les pressions de part et d'autre de la colonne de solution contenue dans les pointes 3.
L'invention a également pour objet un procédé de dépôt de réseaux haute densité de microgouttes de solutions sur une surface au moyen de l'appareil décrit précédemment, caractérisé en ce qu'il consiste à
amener la tête mobile 4 vers un site de prélèvement 5, à prélever, par trempage des extrémités des micropipettes 3 dans des puits ou des contenants similaires d'un site de prélèvement 5, une quantité déterminée des solutions présentes dans ces contenants, à transférer la tête mobile 4 vers un site de dépôt 6, à déposer, sous la forme d'un réseau de microgouttes 2', une quantité déterminée des solutions prélevées sur la

14 surface de dépôt 2 par appui à effort contrôlé desdites pipettes 3 sur ladite surface 2, à répéter éventuellement une ou plusieurs fois cette opération de dépôt en déplaçant successivement la tête mobile 4 vers un ou plusieurs autres sites de dépôt 6, à déplacer la tête mobile 4 vers la station 14 de vidange et de lavage et à procéder au nettoyage des micropipettes 3 et des autres éléments ayant été en contact avec les solutions prélevées, en vue de leur décontamination, et à répéter l'ensemble des opérations précitées jusqu'à épuisement des solutions à prélever et/ou saturation de la surface de dépôt 2.
Cette dernière pourra être constituée par la surface d'un substrat, ou d'une plaquette quelconque, par exemple d'une plaquette de silicium faisant partie d'une biopuce.
Le lavage ou nettoyage des pointes 3 peut se décomposer en plusieurs étapes - le rejet des solutions contenues dans les pointes, - le nettoyage des pointes par répétition d'une suite d'aspiration et de rejet de produits solvants, - le nettoyage de la surface terminale 3"" des pointes par leur mise en contact répétée avec une surface recouverte d'un produit susceptible de faire adhérer audit produit les résidus de solution encore déposés ou collés à ladite surface terminale 3"", préférentiellement un produit identique à celui recouvrant les sites de dépôt 6 (par exemple de la polylysine), - le séchage des pointes par un jet d'air ou d'un autre gaz.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.

Claims (16)

REVENDICATIONS

1) Appareil de prélèvement et de dépôt sur une surface sous forme de microgouttes de solutions, notamment chimiques ou biologiques, comprenant au moins une micropipette creuse montée sur une tête mobile selon au moins une direction, au moins entre un, ou plusieurs site(s) de prélèvement et un ou plusieurs site(s) de dépôt, caractérisé en ce que les micropipettes (3) creuses sont montées dans le corps de ladite tête (4), avec faculté de translation relative par rapport, à cette dernière, par l'intermédiaire d'un dispositif passif, actif ou mixte (7) de contrôle et de limitation des efforts d'application de la ou des micropipettes (3) sur la surface de dépôt (2), associé à un dispositif (8, 8') de guidage dé cette ou ces dernières par rapport à ladite tête (4), lors ou en vue de leur mise en contact avec ladite surface (2), et en ce qui ledit appareil (1) comprend également des moyens (15, 15', EV1, EV2, EV3) de contrôle des pressions dans les micropipettes (3) et de la quantité de liquide manipulée, notamment prélevée, par chaque micropipette (3).

2) Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque micropipette (3) présente un corps (3'), cylindrique ou non, traversé
longitudinalement par un canal (3") et présentant une extrémité effilée (3"');
par exemple de forme sensiblement conique, se terminant par une surface de contact terminale (3""), annulaire et plane.

3) Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que (extrémité effilée (3"') présente, avant de déboucher sur la surface de contact terminale (3), une surface de raccord (3) réalisant un passage continu entre la surface conique de l'extrémité effilée (3"') et la surface de contact plane (3""), avantageusement générée par une portion de courbe parabolique.

4) Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que chaque micropipette (3) est pourvue, au niveau de son extrémité libre ou de dépôt, d'une formation protubérante (17) sensiblement annulaire, circonférentiellement continue ou non, entourant l'extrémité
effilée (3"') et séparée de cette dernière par une zone (18) de renfoncement annulaire formée ou ménagée dans ladite extrémité du corps (3') de la micropipette (3) considérée, ladite formation protubérante annulaire (17) se terminant par une surface de contact terminale (17') plane, située dans un plan parallèle, et le cas échéant confondu, avec le plan comprenant la surface de contact (3"") de l'extrémité effilée (3"').

5) Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que les surfaces de contact (3"" et 17') sont décalées entre elles dans la direction longitudinale du corps (3') de chaque micropipette (3) et en ce que les sites de prélèvement (5) et de dépôt (6) sont situés dans des creux ou des renfoncements (19) correspondants.

6) Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le diamètre extérieur (D) de la surface de contact annulaire (3"") ou diamètre terminal est sensiblement égal au diamètre des microgouttes (2') à obtenir et en ce que le rapport d/D entre ledit diamètre terminal (D) et le diamètre intérieur (d) de ladite surface de contact (3"") présente une valeur comprise entre 0,2 et 0,8.

7) Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé, en ce que le dispositif de guidage (8, 8'), propre à chaque micropipette (3) ou commun à toutes les micropipettes (3), assure un double guidage en translation du corps (3') de chaque micropipette (3), au niveau de deux zones de guidage espacées (8 et 8') par rapport à la tête mobile (4) dans le corps (4') de laquelle elle est montée.

8) Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque dispositif de contrôle et de limitation d'effort (7) consiste en un dispositif compliant passif (9), tel qu'un élément intermédiaire élastiquement flexible ou compressible, assurant une transmission contrôle des efforts de poussée et du mouvement de translation entre le corps (4') de la tête mobile (4) et la micropipette (3) concernée.

9) Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque dispositif de contrôle et de limitation d'effort (7) consiste en un dispositif actif sous la forme d'un actionneur (10) solidaire de la tête mobile (4), agissant directement sur le corps (3') de la micropipette (3) considérée ou sur une pièce de transmission des efforts (10') formée ou fixée sur cette dernière en vue de sa mise en contact avec la surface (2) et contrôlé au moyen d'une boucle de régulation et d'asservissement intégrant également un moyen de mesure ou de détermination directe ou indirecte (11) de la force d'application de ladite micropipette (3) sur la surface de dépôt (2).

10) Appareil selon les revendications 8 et 9, caractérisé en ce que chaque dispositif de contrôle et de limitation d'effort (7) consiste en un dispositif mixte intégrant un actionneur (10) commandé
par une boucle de régulation et d'asservissement intégrant un moyen de mesure ou de détermination directe ou indirecte (11) et agissant sur la micropipette (3) associée par 1'intermédiaire d'un dispositif compliant passif (9).

11) Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la tête mobile (4) comporte une pluralité de micropipettes (3) arrangées en rangées et en colonnes selon une structure matricielle à deux dimensions.

12) Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la quantité de liquide prélevée et déposée par chaque micropipette (3) est contrôlée par l'intermédiaire de moyens (15, 15', EV1, EV2, EV3) réalisant une variation de pression d'un gaz au niveau de l'extrémité de la micropipette (3) opposée à son extrémité libre ou de dépôt.

13) Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, d'une part, un bras ou un portique (12) portant la tête mobile (4) et autorisant au moins le déplacement des micropipettes (3) dans un plan, préférentiellement selon deux directions orthogonales (Y et Z) et, d'autre part, un plan support (13) sur lequel sont disposés le ou les sites (5) de prélèvement des solutions, par exemple sous la forme de plaquettes, de puits ou de contenants analogues, les sites (6) pour le dépôt en microréseaux des microgouttes (2') de solutions prélevées par les micropipettes (3) et un site ou une station (14) de vidange et de lavage desdites micropipettes (3), le bras ou portique (12) pouvant être déplaçable en translation dans une direction (X) sensiblement perpendiculaire au plan (Y, Z) de déplacement des micropipettes (3) montées sur la tête mobile (4).

14) Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce que les sites de prélèvement et de dépôt (5 et 6) sont disposés sur des plaques ou dans des réceptacles (5' et 6') mobiles indépendamment dans des directions (X, X1) parallèles entre elles et perpendiculaires au plan contenant les deux directions (Y et Z) de déplacement des micropipettes (3) montées sur la tête mobile (4).

15) Procédé de dépôt de réseaux haute densité de microgouttes de solutions sur une surface au moyen de l'appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il consiste à
amener la tête mobile (4) vers un site de prélèvement (5), à prélever, par trempage des extrémités des micropipettes (3) dans des puits ou des contenants similaires d'un site de prélèvement (5), une quantité déterminée des solutions présentes dans ces contenants, à transférer la tête mobile (4) vers un site, de dépôt (6), à déposer, sous la forme d'un réseau de microgouttes (2'), une quantité déterminée des solutions prélevées sur la surface de dépôt (2) par appui à effort contrôlé desdites pipettes (3) sur ladite surface (2), à répéter éventuellement une ou plusieurs fois cette opération de dépôt en déplaçant successivement la tête mobile (4) vers un ou plusieurs autres sites de dépôt (6), à déplacer la tête mobile (4) vers la station (14) de vidange et de lavage et à procéder au nettoyage ou lavage des micropipettes (3) et des autres éléments ayant été en contact avec les solutions prélevées, en vue de leur décontamination, et à répéter l'ensemble des opérations précitées jusqu'à épuisement des solutions à prélever et/ou saturation de la surface de dépôt (2).

16) Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le nettoyage des micropipettes (3) comprend notamment le nettoyage de la surface terminale (3"") des pointes par leur mise en contact répétée avec une surface recouverte d'un produit susceptible de faire adhérer audit produit les résidus de solution encore déposés ou collés à ladite surface terminale (3"") préférentiellement un produit identique à celui recouvrant les sites de dépôt (6).