CA3196987A1 - Cartouche comportant une pluralite de chambres d'analyse pour recevoir un liquide biologique - Google Patents
Cartouche comportant une pluralite de chambres d'analyse pour recevoir un liquide biologiqueInfo
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Abstract
L'invention porte sur une cartouche d'analyse (1) d'un liquide biologique comprenant un réseau de canaux (4, 4') définissant une pluralité de voies d'analyse. Chaque canal est défini au moins par deux parois de canal se faisant face et définissant une hauteur de canal. Selon l'invention, une paroi d'au moins un canal présente une marche (M) pour définir de part et d'autre de la marche : - un premier segment (S1) du canal dans lequel la paroi présente une première énergie de surface (E1) et une première élévation (e1) définissant une première hauteur du canal (h1); - un deuxième segment (S2) du canal dans lequel la paroi présente une deuxième énergie (E2) de surface et une deuxième élévation (e2) définissant une deuxième hauteur du canal (h2). La première hauteur (h1) du canal et la première énergie de surface (E1) de la paroi sont respectivement supérieures à la deuxième hauteur (h2) du canal et à la deuxième énergie de surface (E2).
Description
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 DESCRIPTION
TITRE : CARTOUCHE COMPORTANT UNE PLURALITE DE CHAMBRES
D'ANALYSE POUR RECEVOIR UN LIQUIDE BIOLOGIQUE
DOMAINE DE L'INVENTION
Le domaine technique de l'invention est celui de l'analyse biologique en vue de détecter la présence et/ou la concentration d'un analyte dans un échantillon de liquide biologique.
L'invention concerne plus particulièrement une cartouche comportant une pluralité de chambres d'analyse pour recevoir le liquide biologique. La cartouche est préférentiellement destinée à être exploitée dans un dispositif portable d'analyse immunologique du type Point of Care , c'est-à-dire permettant de réaliser et d'interpréter un test sur place pour prendre une décision clinique immédiate, au chevet du patient plutôt que dans un laboratoire central. Elle peut également être exploitée dans tout autre type d'analyse biologique, par exemple pour des analyses biologiques moléculaires ou des analyses de cellules.
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
On connaît du document EP3447492 un procédé de capture et de détection d'une molécule, souvent désignée analyte , dans un échantillon d'un liquide biologique. Les principes de capture et de détection de motifs mis en uvre par ce procédé sont également exposés dans l'article de Fratzl et al Magnetophoretic induced convective capture of highly diffusive superparamagnetic nanoparticles", Soft Matter, 14. 10.1039/C7SM023240. Selon ce procédé, on mélange l'échantillon avec des particules magnétiques de tailles nanométriques ou plus généralement sub-micrométriques respectivement couplées à des éléments de capture aptes à se lier à la molécule dont on souhaite détecter ou FEUILLE MODIFIÉE
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TITRE : CARTOUCHE COMPORTANT UNE PLURALITE DE CHAMBRES
D'ANALYSE POUR RECEVOIR UN LIQUIDE BIOLOGIQUE
DOMAINE DE L'INVENTION
Le domaine technique de l'invention est celui de l'analyse biologique en vue de détecter la présence et/ou la concentration d'un analyte dans un échantillon de liquide biologique.
L'invention concerne plus particulièrement une cartouche comportant une pluralité de chambres d'analyse pour recevoir le liquide biologique. La cartouche est préférentiellement destinée à être exploitée dans un dispositif portable d'analyse immunologique du type Point of Care , c'est-à-dire permettant de réaliser et d'interpréter un test sur place pour prendre une décision clinique immédiate, au chevet du patient plutôt que dans un laboratoire central. Elle peut également être exploitée dans tout autre type d'analyse biologique, par exemple pour des analyses biologiques moléculaires ou des analyses de cellules.
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
On connaît du document EP3447492 un procédé de capture et de détection d'une molécule, souvent désignée analyte , dans un échantillon d'un liquide biologique. Les principes de capture et de détection de motifs mis en uvre par ce procédé sont également exposés dans l'article de Fratzl et al Magnetophoretic induced convective capture of highly diffusive superparamagnetic nanoparticles", Soft Matter, 14. 10.1039/C7SM023240. Selon ce procédé, on mélange l'échantillon avec des particules magnétiques de tailles nanométriques ou plus généralement sub-micrométriques respectivement couplées à des éléments de capture aptes à se lier à la molécule dont on souhaite détecter ou FEUILLE MODIFIÉE
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2 quantifier la présence. La molécule à détecter, l'analyte, peut être un antigène et l'élément un anticorps, mais la configuration inverse est également possible. On introduit également dans l'échantillon des éléments de détection, par exemple un anticorps de détection portant un marqueur photoluminescent, par exemple fluorescent. On forme ainsi dans la solution des complexes formés de l'élément de capture, de l'analyte, et de l'élément de détection qui sont ensuite immobilisés sur un support comprenant des micro sources magnétiques ordonnées selon un motif spatial déterminé. Le motif est défini par des zones de champ magnétique fort et des zones de champ magnétique faible induisant des gradients de champ magnétique importants. Les complexes entrainés par les particules magnétiques ont tendance à s'agglomérer sur le support au niveau des zones où la norme du champ magnétique est maximale. Les marqueurs photoluminescents (et notamment fluorescents) peuvent rendre apparent le motif spatial déterminé, ce qui signe la présence de l'analyte dans la solution. L'intensité moyenne (spatialement) de ce motif lumineux est usuellement désignée signal spécifique .
Dans la plupart des cas, et particulièrement lorsque l'analyte est absent de l'échantillon ou lorsque sa quantité est limitée dans l'échantillon, les éléments de détection non liés portant les marqueurs photoluminescents restent dispersés en suspension dans la solution. Ils contribuent à former un fond lumineux relativement homogène. L'intensité moyenne (spatialement) de ce fond lumineux forme un signal appelé signal du surnageant .
Outre les marqueurs photoluminescents non liés, ce fond lumineux est également constitué par l'intensité lumineuse émise par toutes les matières photoluminescentes de l'échantillon. Les éléments de capture non liés à l'analyte et à l'élément de détection sont également immobilisés sur le support, mais ne FEUILLE MODIFIÉE
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Dans la plupart des cas, et particulièrement lorsque l'analyte est absent de l'échantillon ou lorsque sa quantité est limitée dans l'échantillon, les éléments de détection non liés portant les marqueurs photoluminescents restent dispersés en suspension dans la solution. Ils contribuent à former un fond lumineux relativement homogène. L'intensité moyenne (spatialement) de ce fond lumineux forme un signal appelé signal du surnageant .
Outre les marqueurs photoluminescents non liés, ce fond lumineux est également constitué par l'intensité lumineuse émise par toutes les matières photoluminescentes de l'échantillon. Les éléments de capture non liés à l'analyte et à l'élément de détection sont également immobilisés sur le support, mais ne FEUILLE MODIFIÉE
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3 portant pas de marqueurs, ils ne contribuent pas au motif lumineux ou au fond lumineux.
L'ordonnancement spatial dans le plan du support des micro sources de champ magnétique et l'intensité lumineuse des motifs rendus apparents par les marqueurs photoluminescents permettent de réaliser une détection et une quantification de l'analyte dans l'échantillon sans lavage, c'est-à-dire sans éliminer la solution liquide après avoir immobilisé les complexes à la surface du support, ce qui est particulièrement avantageux. Pour permettre cette détection, on illumine l'échantillon et la surface du support pour permettre la détection des marqueurs photoluminescents et on procède à l'acquisition d'une image numérique. Cette image numérique présente donc une intensité
spatialement variable (dans le plan de l'image) selon l'intensité du champ magnétique produit par le support. L'image est traitée pour y repérer cette variation spatiale, et pour déterminer le signal spécifique et le signal du surnageant, et le rapport signal spécifique/signal du surnageant permet de conclure à la présence de l'analyte dans l'échantillon voire d'en estimer la concentration.
La simplicité de cette approche, et notamment l'absence d'étape de lavage, permet son intégration dans un dispositif d'analyse immunologique autonome, portable ou transportable au chevet du patient , sur le terrain et sans pompe ni valve, alors que traditionnellement ce type d'analyse est conduit dans un laboratoire central.
Pour permettre l'application du procédé de détection, le liquide biologique est introduit dans une cartouche comportant une pluralité de chambres d'analyse, cette cartouche étant destinée à être introduite dans le dispositif d'analyse. La pluralité de chambres d'analyse permet de conduire plusieurs analyses à
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L'ordonnancement spatial dans le plan du support des micro sources de champ magnétique et l'intensité lumineuse des motifs rendus apparents par les marqueurs photoluminescents permettent de réaliser une détection et une quantification de l'analyte dans l'échantillon sans lavage, c'est-à-dire sans éliminer la solution liquide après avoir immobilisé les complexes à la surface du support, ce qui est particulièrement avantageux. Pour permettre cette détection, on illumine l'échantillon et la surface du support pour permettre la détection des marqueurs photoluminescents et on procède à l'acquisition d'une image numérique. Cette image numérique présente donc une intensité
spatialement variable (dans le plan de l'image) selon l'intensité du champ magnétique produit par le support. L'image est traitée pour y repérer cette variation spatiale, et pour déterminer le signal spécifique et le signal du surnageant, et le rapport signal spécifique/signal du surnageant permet de conclure à la présence de l'analyte dans l'échantillon voire d'en estimer la concentration.
La simplicité de cette approche, et notamment l'absence d'étape de lavage, permet son intégration dans un dispositif d'analyse immunologique autonome, portable ou transportable au chevet du patient , sur le terrain et sans pompe ni valve, alors que traditionnellement ce type d'analyse est conduit dans un laboratoire central.
Pour permettre l'application du procédé de détection, le liquide biologique est introduit dans une cartouche comportant une pluralité de chambres d'analyse, cette cartouche étant destinée à être introduite dans le dispositif d'analyse. La pluralité de chambres d'analyse permet de conduire plusieurs analyses à
FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022
4 partir d'un échantillon de liquide biologique, chaque analyse pouvant être indépendamment conduite sur des échantillons respectivement détenus dans chacune des chambres.
La cartouche comprend une ouverture de déversement du liquide, une pluralité d'évents disposés en aval des chambres d'analyse et un réseau de canaux pour fluidiquement relier l'ouverture aux chambres d'analyse. L'échantillon de liquide biologique déversé
dans l'ouverture se propage par capillarité dans le réseau de canaux pour emplir les chambres. On a toutefois observé que la propagation du liquide dans le réseau de canaux n'était pas identique d'un canal à l'autre. L'écoulement peut privilégier certains canaux, ce qui peut conduire à générer un débordement du liquide de la cartouche. D'une manière plus générale, certaines chambres peuvent se remplir plus lentement, voir ne pas se remplir du tout. En conséquence de ce phénomène, les analyses sont retardées, voire même parfois impossibles à mener sur certaines au moins des chambres d'analyses de la cartouche.
Le document US2004/028566 porte sur un dispositif micro-fluidique et vise à maitriser l'écoulement du fluide dans ce dispositif en combinant un déplacement de ce fluide par des efforts de pression exercés par une pompe externe. Plus précisément, ce document vise à permettre d'injecter et de maitriser l'écoulement d'une pluralité' de fluides dans une cartouche d'analyse selon plusieurs directions. Un écoulement est réalisé par capillarité, l'autre est forcé par un effort de pression extérieur.
OBJET DE L'INVENTION
Un but de l'invention est donc de fournir une solution au moins partielle à ce problème. Plus précisément, un but de l'invention FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 est de fournir une cartouche destinée à être exploitée dans un dispositif portable d'analyse immunologique du type Point of Care et comportant une pluralité de chambres d'analyse, ces chambres pouvant être emplies par capillarité d'un liquide biologique de manière fiable, répétable et au cours d'une période de remplissage dont la durée est contrôlée. Un but de l'invention est donc de mieux maitriser la propagation par capillarité du liquide biologique dans la cartouche. Avantageusement, l'analyse immunologique est du type magnétique, mettant en uvre des particules magnétiques pour marquer la présence de l'analyte dans un échantillon de liquide biologique.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
En vue de la réalisation de ce but, l'objet de l'invention propose une cartouche d'analyse optique présentant une marche et conforme à la revendication 1.
On tire profit des caractéristiques revendiquées de la marche pour maitriser la propagation du liquide biologique dans le réseau fluidique de la cartouche et notamment pour favoriser le chargement en liquide biologique des chambres du réseau de manière fiable, répétable et au cours d'une période de remplissage dont la durée est contrôlée.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable :
= la paroi faisant face à la paroi structurée est plane et présente une troisième énergie de surface supérieure à la première énergie de surface et à la deuxième énergie de surface ;
FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 = la marche présente un flanc, et l'énergie de surface du flanc de la marche est plus proche de la première énergie que de la deuxième énergie ;
= les surfaces principales du support et du capot supérieur (7) présentent un caractère hydrophile ;
= le réseau de canaux comporte un canal amont pour fluidiquement relier l'ouverture à la chambre d'analyse, et un canal d'éventement pour fluidiquement relier la chambre d'analyse à un évent ;
= une marche est disposée dans au moins un canal d'éventement et tend à réduire la hauteur de ce canal dans le sens de l'écoulement du fluide ;
= la cartouche d'analyse comprend au moins une chambre d'incubation fluidiquement disposée en amont de la chambre d'analyse d'une voie d'analyse ;
= la chambre d'analyse et/ou la chambre d'incubation comprend au moins un réactif ;
= le réactif comprend des marqueurs photoluminescents, et le capot supérieur, au moins pour la partie qui surplombe les chambres d'analyse, est formé d'une matière transparente dans la gamme des longueurs d'onde des marqueurs photoluminescents ;
= le capot supérieur présente une partie au moins d'une surface extérieure optiquement polie;
= l'ouverture est surmontée d'un réservoir et les évents sont respectivement surmontés de parois périphériques présentant une hauteur au moins égale à une hauteur du réservoir.
FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 = le film intercalaire est un film adhésif, avantageusement un film adhésif double face ;
= la couche magnétique comprend des régions polarisées magnétiquement définissant un motif de détection déterminé.
Selon un autre aspect, l'invention concerne un procédé de fabrication de cette cartouche d'analyse, le procédé comprenant la fourniture du support et du capot supérieur et l'assemblage du support au capot supérieur en mettant en vis-à-vis leurs surfaces principales respectives et ainsi former les parois se faisant face qui définissent les canaux.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée de l'invention qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquels :
[Fig. la]
[Fig. lb] Les figures la et lb représentent une cartouche conforme à l'invention respectivement en perspective et en vue éclatée ;
[Fig. lc] La figure lc représente schématiquement un exemple de réseau fluidique d'une cartouche conforme à l'invention ;
[Fig. 2a] La figure 2a représente une coupe longitudinale d'un canal mettant en uvre une caractéristique permettant de freiner ou d'accélérer l'écoulement du fluide biologique ;
FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 [Fig. 2b] La figure 2b représente une coupe longitudinale d'un canal d'éventement comportant une restriction de hauteur, sous la forme d'une marche ;
[Fig. 3] La figure 3 représente une coupe transversale de la cartouche au niveau des chambres d'analyse ;
[Fig. 4] La figure 4 représente schématiquement en vue de dessus un motif de détection défini par l'aimantation produite par une couche magnétique intégré dans le support d'une cartouche, le champ magnétique présent dans une chambre d'analyse et la norme de ce champ ;
[Fig. 5] La figure 5 représente un dispositif d'analyse pour exploiter une cartouche conforme à l'invention ;
[Fig. 6] La figure 6 représente d'autres vues des éléments composant une cartouche conforme à l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Les figures la et lb représentent une cartouche 1 pour recevoir des échantillons d'un liquide biologique qui est susceptible de contenir un analyte que l'on souhaite détecter ou dont on souhaite déterminer la concentration. Cette cartouche 1 comporte une extrémité de préhension la, qui permet de la manipuler.
L'extrémité de préhension de la cartouche porte ici une étiquette, disposée du côté de la face supérieure de la cartouche et permettant notamment de l'identifier à l'aide d'une marque d'identification, par exemple un code QR, ou pour porter tout autre type d'informations.
FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 La cartouche 1 comporte également une partie microfluidique lb.
Cette partie s'étend selon un plan principal destiné à être positionné horizontalement. Comme cela est illustré
schématiquement sur la figure lc, elle comprend une ouverture 2 de déversement permettant l'introduction du liquide biologique dans la cartouche 1, par exemple par l'intermédiaire d'une pipette. L'ouverture 2 débouche dans un réseau de canaux 4, 4' s'étendant dans le plan principal de la cartouche 1 et permettant l'écoulement et la distribution du liquide biologique dans une pluralité de chambres d'analyse 5 par l'intermédiaire de canaux 4, dits amonts , du réseau de canaux.
Le réseau de canaux de la cartouche 1 comprend également des canaux d'éventement 4' qui relient fluidiquement et respectivement les chambres d'analyse 5 à des évents 3, ces évents permettant de chasser l'air du réseau fluidique de la cartouche 1 au fur et à mesure de la progression du liquide biologique dans ce réseau.
L'échantillon analysé est formé du liquide biologique qui emplit une chambre 5, et la cartouche 1 illustrée permet donc de conduire une pluralité d'analyses sur le liquide biologique, une analyse pouvant être indépendamment conduite sur les échantillons respectivement détenus dans les chambres 5.
L'ouverture 2, les évents 3 et le réseau de canaux 4, 4' reliant l'ouverture 2 aux évents 3 définissent une pluralité de voies d'analyse de la cartouche 1.
Dans l'exemple représenté sur les figures la et lb, l'ouverture 2 est surmontée d'un réservoir 2', saillant sur une face supérieure de la cartouche 1. Le réservoir présente une capacité
suffisante pour détenir un volume de liquide biologique au moins égal au volume du réseau fluidique de la cartouche 1 (c'est-à-dire le réseau de canaux 4, les chambres d'analyses 5 et les FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 canaux d'éventement 4' comme cela est illustré sur la figure 1c). Ce volume peut être typiquement compris entre 5 mm^3 et 500 mmA3, et plus précisément entre 20 mmA3 et 100 mmA3.
Similairement, les évents 3 sont respectivement surmontés de parois périphériques afin de retenir un volume de liquide biologique en excès, selon le principe des vases communiquant.
Avantageusement, ces parois présentant une hauteur au moins égale à la hauteur du réservoir 2' afin d'éviter que le liquide ne s'échappe de la cartouche, ce qui pourrait poser des problèmes sanitaires, voire même endommager un dispositif d'analyse dans lequel la cartouche est destinée à s'insérer.
A titre d'illustration, la cartouche 1 peut présenter une dimension comprise entre 2 cm et 10 cm en largeur et en longueur, et présenter une épaisseur comprise entre 4mm et lOmm. Chaque chambre 5 peut présenter un volume typiquement compris entre 1 et 50 mmA3 pour recevoir l'échantillon, avantageusement entre
La cartouche comprend une ouverture de déversement du liquide, une pluralité d'évents disposés en aval des chambres d'analyse et un réseau de canaux pour fluidiquement relier l'ouverture aux chambres d'analyse. L'échantillon de liquide biologique déversé
dans l'ouverture se propage par capillarité dans le réseau de canaux pour emplir les chambres. On a toutefois observé que la propagation du liquide dans le réseau de canaux n'était pas identique d'un canal à l'autre. L'écoulement peut privilégier certains canaux, ce qui peut conduire à générer un débordement du liquide de la cartouche. D'une manière plus générale, certaines chambres peuvent se remplir plus lentement, voir ne pas se remplir du tout. En conséquence de ce phénomène, les analyses sont retardées, voire même parfois impossibles à mener sur certaines au moins des chambres d'analyses de la cartouche.
Le document US2004/028566 porte sur un dispositif micro-fluidique et vise à maitriser l'écoulement du fluide dans ce dispositif en combinant un déplacement de ce fluide par des efforts de pression exercés par une pompe externe. Plus précisément, ce document vise à permettre d'injecter et de maitriser l'écoulement d'une pluralité' de fluides dans une cartouche d'analyse selon plusieurs directions. Un écoulement est réalisé par capillarité, l'autre est forcé par un effort de pression extérieur.
OBJET DE L'INVENTION
Un but de l'invention est donc de fournir une solution au moins partielle à ce problème. Plus précisément, un but de l'invention FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 est de fournir une cartouche destinée à être exploitée dans un dispositif portable d'analyse immunologique du type Point of Care et comportant une pluralité de chambres d'analyse, ces chambres pouvant être emplies par capillarité d'un liquide biologique de manière fiable, répétable et au cours d'une période de remplissage dont la durée est contrôlée. Un but de l'invention est donc de mieux maitriser la propagation par capillarité du liquide biologique dans la cartouche. Avantageusement, l'analyse immunologique est du type magnétique, mettant en uvre des particules magnétiques pour marquer la présence de l'analyte dans un échantillon de liquide biologique.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
En vue de la réalisation de ce but, l'objet de l'invention propose une cartouche d'analyse optique présentant une marche et conforme à la revendication 1.
On tire profit des caractéristiques revendiquées de la marche pour maitriser la propagation du liquide biologique dans le réseau fluidique de la cartouche et notamment pour favoriser le chargement en liquide biologique des chambres du réseau de manière fiable, répétable et au cours d'une période de remplissage dont la durée est contrôlée.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable :
= la paroi faisant face à la paroi structurée est plane et présente une troisième énergie de surface supérieure à la première énergie de surface et à la deuxième énergie de surface ;
FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 = la marche présente un flanc, et l'énergie de surface du flanc de la marche est plus proche de la première énergie que de la deuxième énergie ;
= les surfaces principales du support et du capot supérieur (7) présentent un caractère hydrophile ;
= le réseau de canaux comporte un canal amont pour fluidiquement relier l'ouverture à la chambre d'analyse, et un canal d'éventement pour fluidiquement relier la chambre d'analyse à un évent ;
= une marche est disposée dans au moins un canal d'éventement et tend à réduire la hauteur de ce canal dans le sens de l'écoulement du fluide ;
= la cartouche d'analyse comprend au moins une chambre d'incubation fluidiquement disposée en amont de la chambre d'analyse d'une voie d'analyse ;
= la chambre d'analyse et/ou la chambre d'incubation comprend au moins un réactif ;
= le réactif comprend des marqueurs photoluminescents, et le capot supérieur, au moins pour la partie qui surplombe les chambres d'analyse, est formé d'une matière transparente dans la gamme des longueurs d'onde des marqueurs photoluminescents ;
= le capot supérieur présente une partie au moins d'une surface extérieure optiquement polie;
= l'ouverture est surmontée d'un réservoir et les évents sont respectivement surmontés de parois périphériques présentant une hauteur au moins égale à une hauteur du réservoir.
FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 = le film intercalaire est un film adhésif, avantageusement un film adhésif double face ;
= la couche magnétique comprend des régions polarisées magnétiquement définissant un motif de détection déterminé.
Selon un autre aspect, l'invention concerne un procédé de fabrication de cette cartouche d'analyse, le procédé comprenant la fourniture du support et du capot supérieur et l'assemblage du support au capot supérieur en mettant en vis-à-vis leurs surfaces principales respectives et ainsi former les parois se faisant face qui définissent les canaux.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée de l'invention qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquels :
[Fig. la]
[Fig. lb] Les figures la et lb représentent une cartouche conforme à l'invention respectivement en perspective et en vue éclatée ;
[Fig. lc] La figure lc représente schématiquement un exemple de réseau fluidique d'une cartouche conforme à l'invention ;
[Fig. 2a] La figure 2a représente une coupe longitudinale d'un canal mettant en uvre une caractéristique permettant de freiner ou d'accélérer l'écoulement du fluide biologique ;
FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 [Fig. 2b] La figure 2b représente une coupe longitudinale d'un canal d'éventement comportant une restriction de hauteur, sous la forme d'une marche ;
[Fig. 3] La figure 3 représente une coupe transversale de la cartouche au niveau des chambres d'analyse ;
[Fig. 4] La figure 4 représente schématiquement en vue de dessus un motif de détection défini par l'aimantation produite par une couche magnétique intégré dans le support d'une cartouche, le champ magnétique présent dans une chambre d'analyse et la norme de ce champ ;
[Fig. 5] La figure 5 représente un dispositif d'analyse pour exploiter une cartouche conforme à l'invention ;
[Fig. 6] La figure 6 représente d'autres vues des éléments composant une cartouche conforme à l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Les figures la et lb représentent une cartouche 1 pour recevoir des échantillons d'un liquide biologique qui est susceptible de contenir un analyte que l'on souhaite détecter ou dont on souhaite déterminer la concentration. Cette cartouche 1 comporte une extrémité de préhension la, qui permet de la manipuler.
L'extrémité de préhension de la cartouche porte ici une étiquette, disposée du côté de la face supérieure de la cartouche et permettant notamment de l'identifier à l'aide d'une marque d'identification, par exemple un code QR, ou pour porter tout autre type d'informations.
FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 La cartouche 1 comporte également une partie microfluidique lb.
Cette partie s'étend selon un plan principal destiné à être positionné horizontalement. Comme cela est illustré
schématiquement sur la figure lc, elle comprend une ouverture 2 de déversement permettant l'introduction du liquide biologique dans la cartouche 1, par exemple par l'intermédiaire d'une pipette. L'ouverture 2 débouche dans un réseau de canaux 4, 4' s'étendant dans le plan principal de la cartouche 1 et permettant l'écoulement et la distribution du liquide biologique dans une pluralité de chambres d'analyse 5 par l'intermédiaire de canaux 4, dits amonts , du réseau de canaux.
Le réseau de canaux de la cartouche 1 comprend également des canaux d'éventement 4' qui relient fluidiquement et respectivement les chambres d'analyse 5 à des évents 3, ces évents permettant de chasser l'air du réseau fluidique de la cartouche 1 au fur et à mesure de la progression du liquide biologique dans ce réseau.
L'échantillon analysé est formé du liquide biologique qui emplit une chambre 5, et la cartouche 1 illustrée permet donc de conduire une pluralité d'analyses sur le liquide biologique, une analyse pouvant être indépendamment conduite sur les échantillons respectivement détenus dans les chambres 5.
L'ouverture 2, les évents 3 et le réseau de canaux 4, 4' reliant l'ouverture 2 aux évents 3 définissent une pluralité de voies d'analyse de la cartouche 1.
Dans l'exemple représenté sur les figures la et lb, l'ouverture 2 est surmontée d'un réservoir 2', saillant sur une face supérieure de la cartouche 1. Le réservoir présente une capacité
suffisante pour détenir un volume de liquide biologique au moins égal au volume du réseau fluidique de la cartouche 1 (c'est-à-dire le réseau de canaux 4, les chambres d'analyses 5 et les FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 canaux d'éventement 4' comme cela est illustré sur la figure 1c). Ce volume peut être typiquement compris entre 5 mm^3 et 500 mmA3, et plus précisément entre 20 mmA3 et 100 mmA3.
Similairement, les évents 3 sont respectivement surmontés de parois périphériques afin de retenir un volume de liquide biologique en excès, selon le principe des vases communiquant.
Avantageusement, ces parois présentant une hauteur au moins égale à la hauteur du réservoir 2' afin d'éviter que le liquide ne s'échappe de la cartouche, ce qui pourrait poser des problèmes sanitaires, voire même endommager un dispositif d'analyse dans lequel la cartouche est destinée à s'insérer.
A titre d'illustration, la cartouche 1 peut présenter une dimension comprise entre 2 cm et 10 cm en largeur et en longueur, et présenter une épaisseur comprise entre 4mm et lOmm. Chaque chambre 5 peut présenter un volume typiquement compris entre 1 et 50 mmA3 pour recevoir l'échantillon, avantageusement entre
5 et 25 mmA3.
La cartouche 1 est formée d'un support 6 et d'un capot supérieur 7 recouvrant le support. Le support 6 et le capot supérieur 7 sont assemblés l'un à l'autre en mettant en vis-à-vis leurs surfaces dites principales . Le réseau fluidique de la cartouche 1 est défini par des évidements formés sur la surface principale du support 6 et/ou sur la surface principale du capot supérieur 7, c'est-à-dire sur les faces de ces deux éléments qui sont destinées à être assemblées l'une à l'autre. Chaque canal du réseau 4, 4', est défini par deux parois de canal, ces parois se faisant face et définissant une hauteur de canal, et par deux parois latérales définissant une largeur de canal. Les parois sont formées des surfaces principales du support 6 et du capot supérieur 7, au niveau de leurs évidements. Il en va de même FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 pour les chambres d'analyse 5 de la cartouche 1 et pour tout autre élément du réseau fluidique de cette cartouche 1.
Le capot supérieur 7, au moins pour la partie qui surplombe les chambres d'analyse 5, est formé d'une matière transparente dans la gamme de longueurs d'onde d'émission des marqueurs photoluminescents lorsque la cartouche est exploitée pour l'analyse immunologique présentée en introduction de cette demande. Il peut s'agir d'une matière plastique par exemple à
base de polycarbonate, de copolymère cyclo oléfinique ou de polystyrène. Il peut encore s'agir de verre. La surface extérieure du capot 7 est optiquement polie au moins au droit des chambres d'analyse 5. Ces caractéristiques permettent et favorisent l'analyse optique des échantillons de liquide biologique contenu dans les chambres 5, comme cela sera exposé
dans une section ultérieure de cette description.
Le réseau fluidique, tel que celui présenté sur la figure lc à
titre d'illustration, s'étend donc dans le plan principal de la cartouche. Il est de dimension millimétrique, c'est-à-dire que la largeur des canaux du réseau 4, 4' et des chambres d'analyse est typiquement comprise entre 0,1 et lOmm. La hauteur de ces éléments, c'est-à-dire leur étendue selon une direction perpendiculaire au plan principal de la cartouche 1, est également millimétrique, entre 0,1 et lOmm. Le liquide biologique se propage dans ce réseau par capillarité.
Selon une caractéristique importante de la cartouche 1, une des parois définissant la hauteur d'au moins un canal, dite paroi structurée , présente une marche et l'énergie des surfaces en amont et en aval de la marche est maitrisée pour, au choix, accélérer ou ralentir la propagation du fluide dans le canal.
Par énergie de surface on désigne, par simplicité
FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 d'expression, la densité surfacique d'énergie entre la surface considérée et le liquide biologique.
Une cartouche 1 conforme à la présente invention tire profit de cette caractéristique pour favoriser le chargement en liquide biologique des chambres 5 du réseau fluidique, et plus généralement pour maitriser la propagation de ce liquide dans le réseau fluidique de la cartouche.
Plus précisément, et en référence à la figure 2a, un canal au moins de la cartouche 1 comprend une marche M qui définie un premier segment Si du canal dans lequel la paroi structurée (ici formée par la surface principale du support 6) présente une première énergie de surface El et une première élévation el définissant une première hauteur du canal hl. La marche M définit également un deuxième segment S2 du canal dans lequel la paroi structurée présente une deuxième énergie de surface E2 et une deuxième élévation e2 définissant une deuxième hauteur du canal h2. La première hauteur du canal hl et la première énergie de surface El de la paroi structurée sont respectivement supérieures à la deuxième hauteur du canal h2 et à la deuxième énergie de surface E2 du deuxième segment S2.
La variation de hauteur du canal, combinée à la variation de l'énergie des surfaces en amont et en aval de cette variation permet d'influencer l'écoulement du fluide dans le canal.
Ainsi, lorsque le fluide rencontre une marche montante , c'est-à-dire qu'il s'écoule par capillarité de la première section Si du canal à la deuxième S2, son écoulement est ralenti par la restriction de hauteur formée par la marche combinée à
la moindre énergie de surface du deuxième segment. Inversement, lorsque le fluide rencontre une marche descendante , c'est-FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 à-dire qu'il s'écoule par capillarité de la deuxième section S2 du canal à la première Si, sa progression est accélérée.
On rappelle que la densité surfacique d'énergie est une grandeur positive qui caractérise une interface, ici l'interface entre la surface de la paroi structurée et le liquide biologique. Elle peut être déterminée, comme cela est bien connu en soi, en mesurant l'angle de contact d'une goutte d'eau, disposée sur la surface dont on cherche à mesurer l'énergie. Un angle de contact élevé, supérieur à 90 indique une faible densité surfacique d'énergie, et la surface est dite hydrophobe. Inversement, un angle de contact inférieur à 90 indique une forte densité
surfacique d'énergie est la surface dite hydrophile. Une surface relativement plus hydrophobe aura tendance à ralentir la progression par capillarité d'un fluide en comparaison avec la progression du fluide sur une surface relativement plus hydrophile.
A titre d'illustration de ces principes, on a présenté sur la figure 2b une marche montante disposée dans un canal d'éventement 4' de la cartouche, c'est-à-dire un canal disposé
entre une chambre d'analyse 5 et un évent 3. Le fluide progresse donc dans ce canal vers l'évent 3. La marche formée sur le support 6, définie une section amont du canal d'éventement (le premier segment du canal, pour reprendre les termes des principes généraux de l'invention) qui présente, sur le support 6, une énergie de surface plus importante que l'énergie de surface de la section aval (du côté de l'évent 3, le deuxième segment) du canal 4'. Avantageusement, on peut prévoir de disposer d'une telle marche dans chaque canal d'éventement 4' de la cartouche 1, dans chacune des voies d'analyse de la cartouche.
Ces caractéristiques de la cartouche 1 ont pour effet de freiner la progression du liquide biologique lorsqu'il rencontre la FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 marche, après qu'il ait progressé par capillarité le long d'un canal du réseau 4 et à travers la chambre d'analyse 5. Cet effet de freinage, lorsqu'il survient dans un canal d'éventement 4' qui se rempli plus rapidement que les autres, conduit à forcer l'écoulement du liquide dans les autres voies du réseau (i.e.
alimentant les autres chambres d'analyse 5 de la cartouche 1) et à équilibrer la progression du liquide dans chacune de ces voies.
Ces caractéristiques du canal ou des canaux d'éventement 4' assurent donc le remplissage des chambres d'analyse 5 en liquide biologique de manière fiable, répétable et au cours d'une période de remplissage dont la durée est contrôlée. On pourrait prévoir que la ou les marches montantes soient disposées dans un canal amont 4 ou dans une pluralité de canaux amonts 4, plutôt que dans les canaux d'éventement 4'. Certaines de ces marches peuvent être disposées dans un canal amont 4, et d'autres dans un canal aval d'éventement 4'.
D'une manière plus générale, une cartouche 1 conforme à
l'invention peut présenter une ou une pluralité de marches dans chaque voie d'analyse, montante et/ou descendante. On peut ainsi prévoir qu'une marche descendante soit disposée dans le canal amont 4 alimentant une chambre 5 d'une voie d'analyse, et qu'une marche montante soit disposée, dans cette même voie d'analyse ou dans une autre, dans le canal d'éventement 4' reliant cette chambre 5 à l'évent 3.
De manière avantageuse, et comme cela est illustré sur les figures 2a et 2b, la marche provoque une variation brusque de hauteur du canal dans laquelle elle est située, le flanc de la marche faisant un angle de 90 avec la paroi. Mais plus généralement, ce flanc peut former un angle compris entre 600 et 900. Cette marche peut être formée sur le support 6, comme cela est illustré sur les figures 2a et 2b, mais on peut envisager de la former entièrement ou en partie sur la paroi opposée, du FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 côté du capot supérieur 7. Elle peut présenter une hauteur comprise entre 0,1 et 0,5 mm pour freiner ou accélérer efficacement la progression du liquide. Avantageusement, le flanc de la marche présente une énergie de surface plus proche de la première énergie de surface El que de la deuxième énergie de surface E2.
Les surfaces principales du support 6 et du capot supérieur 7 (et donc les parois des canaux 4, 4' et des chambres 5 de la cartouche 1) sont préférentiellement choisies ou traitées pour qu'elles présentent un caractère hydrophile. Ce caractère permet généralement de faciliter la progression du fluide dans le réseau fluidique par capillarité. De manière surprenante, il n'est pas nécessaire que l'écart entre la première énergie de surface El du premier segment Si et la deuxième énergie de surface E2 du deuxième segment S2 du canal soit très important. Il n'est en particulier pas nécessaire que la deuxième énergie de surface E2, sur la section haute de la marche, soit de nature hydrophobe pour retenir la progression du liquide. Mesuré en angle de contact, l'écart entre ces deux énergies El, E2 peut être de 50 ou plus, ou 10 ou plus et ces énergies conférer une nature hydrophile aux surfaces, c'est-à-dire que l'angle de contact reste inférieur à 90 . A titre d'exemple, le premier segment S1 peut présenter un angle de contact, qualifiant la première énergie El, compris entre 50 et 80 , et le deuxième segment S2 présenter un angle de contact compris entre 65 et 89 (tout en maintenant un écart de 5 au moins). On donnera dans la suite de cette description un exemple détaillé de préparation d'un support 6 permettant de maitriser les première et deuxième énergies de surface El, E2 conformément à ce qui vient d'être présenté.
Avantageusement, la paroi opposée à la paroi structurée présente une troisième énergie de surface supérieure à la première énergie FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 El et à la deuxième énergie E2 de surface. Elle peut être comprise entre 15 et 65 (tout en restant avantageusement supérieure aux première et deuxième énergies de surface), et avantageusement inférieure à 500, voire proche ou plus petite que 35 . Cette énergie conduit à former sur cette paroi opposée une surface plus hydrophile que celle de la paroi structurée et permet généralement d'entrainer le liquide par capillarité dans le réseau fluidique. Les énergies variables de la paroi structurée dans les différents segments Sl, S2 du canal permet de moduler cette progression. Lorsque la paroi présentant cette troisième énergie E3 est fournie par la surface principale du capot supérieur 7, celle-ci peut avoir été traitée par un agent de surface, par exemple à base de poloxamère, tendant à accroitre le caractère hydrophile de cette surface.
Bien naturellement, on peut prévoir une cartouche comportant un réseau fluidique plus complexe que celui pris en exemple. Ainsi, une voie d'analyse de la cartouche peut inclure d'autres chambres que la chambre d'analyse 5, comme par exemple une ou une pluralité de chambres d'incubation disposée en amont de la chambre d'analyse 5. Ces chambres d'incubation peuvent comporter des réactifs distincts auxquels le fluide se mélange avant d'être transporté dans la chambre d'analyse 5. Le réseau de canaux 4, 4' peut donc également être plus complexe que celui représenté
sur les figures, et s'étendre dans chaque voie d'analyse, de l'ouverture 2 à l'évent 3, en reliant fluidiquement les différentes chambres selon toute configuration envisageable.
En référence aux figures lb, 6 et 3, cette dernière figure représentant une coupe transversale d'une cartouche 1 au niveau des chambres d'analyse 5, on décrit plus précisément un mode de réalisation d'une cartouche 1 conforme à l'invention. La cartouche 1 de ce mode de réalisation permet d'appliquer une analyse immunologique magnétique, mettant donc en uvre des FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 particules magnétiques pour marquer la présence de l'analyte dans un échantillon de liquide biologique. Ce mode de réalisation permet également de maitriser simplement les énergies de surfaces sur les différents segments amonts et avals des marches (ou de la marche) présentent dans le réseau fluidique de cette cartouche.
Le support 6 est composé ici d'un substrat rigide 6a comportant une couche ou une zone magnétique 6b. Le substrat 6a peut être formée d'une matière plastique. La couche/zone magnétique 6b peut être disposée sur le substrat 6a, ou intégrée à ce substrat, au moins au niveau des chambres d'analyse 5 du réseau fluidique.
Elle ne recouvre pas nécessairement toute la surface du substrat 6a.
La couche magnétique 6b est typiquement composée de matériaux composites magnétiques, tels que des ferrites, aléatoirement distribués dans un polymère ou bien orientés selon un axe de pré-orientation. Cette couche magnétique peut être similaire à
une bande magnétique d'enregistrement conventionnelle.
Le substrat 6a peut également comporter un film amagnétique 6c (ou d'une pluralité de tels films) en recouvrement de la couche magnétique 6b, et plus généralement du substrat 6a. Ce film amagnétique 6c est optionnel, il vise à éloigner la couche magnétique 6b du fond de la chambre d'analyse 5, lorsque la cartouche 1 a été formée par assemblage du support 6 au capot supérieur 7. Pour ne pas perturber la mesure, le film amagnétique 6c présente une faible autofluorescence. Par souci de clarté, on désigne par amagnétique un matériau dont la susceptibilité
magnétique est très faible, comme un matériau paramagnétique ou diamagnétique. Le film amagnétique 6c peut par exemple être formé
d'un matériau plastique, tel que du polypropylène.
FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 Dans tous les cas, le substrat 6a présente une surface exposée Al qui peut être constituée du substrat 6a lui-même ou de la couche amagnétique 6c lorsque celle-ci est présente. Cette surface exposée Al est destinée à former la première section Si de la paroi structurée d'un canal du réseau fluidique de la cartouche. La surface exposée Al est conçue ou a été traitée pour présenter la première énergie de surface El, de nature hydrophile. Cette première énergie de surface El peut résulter du choix du matériau formant la surface exposée, ou de sa texturation ou d'un traitement, par exemple au plasma ou par l'intermédiaire d'un agent tensioactif, visant à rendre cette surface particulièrement hydrophile. Comme on l'a déjà précisé, cette première énergie de surface El peut être caractérisée par un angle de contact compris entre 50 et 800 .
Outre le substrat 6a, le support 6 comprend également un film intercalaire 6d disposé sur la surface exposée Al du substrat 6a. Le film intercalaire 6d de la figure lb présente une découpe selon un motif correspondant au réseau de canaux amonts 4 et aux chambres d'analyse 5 et avantageusement à l'ouverture 2. D'une manière générale, le film intercalaire 6d présente des découpes D visant à définir une partie du réseau fluidique de la cartouche. Lorsque ce film intercalaire 6d est assemblé
superficiellement au substrat 6a pour former le support 6, ce dernier présente donc des évidements reproduisant le motif de découpe D du film 6d. Ces évidements, en combinaison avec des évidements complémentaires formés dans le capot supérieur 7, constituent le réseau de canaux 4, 4', les chambres d'analyse 5, et tout autre élément du réseau fluidique de la cartouche 1. On note que le motif de découpe D du film intercalaire 6d de la figure lb ne reprend pas l'empreinte des canaux d'éventement 4', et que ceux-ci sont donc exclusivement constitués par des évidements formés dans le capot supérieur 7 et pas dans le support 6. Cet agencement conduit à former une marche montante FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 à l'entrée des canaux d'éventement 4', comme cela a été pris en exemple antérieurement. D'une manière plus générale, le motif de découpe D du film intercalaire 6d correspond à une partie seulement du réseau fluidique de la cartouche 1 afin de constituer les marches de ce réseau.
La surface exposée A2 du film intercalaire 6d (comprenant la face opposée à celle mise en contact avec le substrat 6a est destinée à former la deuxième section S2 de la paroi structurée d'un canal du réseau fluidique de la cartouche 1. Elle est conçue ou a été traitée pour présenter la deuxième énergie de surface E2, de nature hydrophile également, mais inférieure à la première énergie de surface El. Cette deuxième énergie de surface E2 peut résulter du choix du matériau formant le film intercalaire ou sa surface, ou de sa texturation ou d'un traitement spécifique.
Comme on l'a déjà précisé, cette deuxième énergie de surface E2 peut être caractérisée par un angle de contact compris entre 65 et 89 (tout en étant supérieure à la première énergie de surface El).
Dans cette configuration, et lorsque le film intercalaire 6d présentant les découpes D a été assemblé au substrat 6a, la surface principale du support 6 est alors constituée d'une surface exposée A2 du film intercalaire 6d présentant la deuxième énergie de surface E2 et de la surface exposée Al du substrat 6c, au niveau des découpes D du film intercalaire 6d, présentant la deuxième énergie de surface E2.
Avantageusement, le film intercalaire 6d est un film adhésif, permettant également d'assembler et de retenir hermétiquement l'un à l'autre le capot supérieur 7 au support 6 au niveau de leurs surfaces en contact, c'est-à-dire entourant les évidements. Il peut s'agir d'un film adhésif double face, assurant alors simultanément son assemblage au substrat 6a, et FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 au capot supérieur 7. Comme cela est bien connu en soi, un tel film est constitué d'une bande, par exemple plastique, dont les deux faces sont enduites d'un matériau adhésif. De par sa nature, ce matériau adhésif peut présenter naturellement une énergie de surface inférieure à celle de la surface exposée du substrat 6a et donc constituer la deuxième énergie de surface.
Qu'il soit formé d'un film intercalaire adhésif double face ou pas, la cartouche 1 est assemblée en fournissant le substrat 6a muni de la zone magnétique 6b, en disposant le film intercalaire 6d sur ce substrat 6a et ainsi former le support 6, puis en assemblant cet ensemble au capot supérieur 7. Cet assemblage est réalisé en alignant les évidements complémentaires disposés sur la surface principale de ce capot 7 sur ceux définis par le motif de découpe D de la couche intercalaire 6d du support 6. On définit de la sorte le réseau fluidique de la cartouche 1.
On peut naturellement prévoir de disposer, sur le film intercalaire 6d, d'autres films présentant d'autres motifs de découpe de manière à former dans le réseau fluidique une pluralité de marches montantes ou descendantes consécutive dans un canal. On prendra soin dans ce cas de préserver la relation selon laquelle, au niveau de chaque marche, l'énergie de surface du segment du canal présentant la hauteur la plus grande soit supérieure à l'énergie de surface du segment de canal présentant la hauteur la plus petite.
Revenant à la description du caractère magnétique de la cartouche, la couche magnétique 6b comprend une succession de régions polarisées dans deux directions différentes (opposées sur la figure 3). Comme cela est représenté sur la figure 4 qui représente en vue de dessus la couche magnétique 6b, les régions polarisées magnétiquement s'étendent en ligne selon une direction principale P dans l'exemple représenté.
FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 Aux interfaces entre deux zones de polarisations différentes, on crée des régions de relativement forte intensité magnétique, désignés zones d'attraction dans la suite de cet exposé. Les zones d'attraction sont donc agencées sous la forme d'une pluralité de lignes Za orientée selon la direction principale P.
L'agencement particulier de ces lignes définit, en combinaison, un motif de détection.
Il est entendu que l'agencement en ligne pris en exemple ne forme qu'un cas particulier d'un motif de détection. Une cartouche 1 est plus généralement munie de régions polarisées magnétiquement et définissant un motif de détection bien déterminé, mais dont la configuration peut être librement choisie.
On a représenté également sur la figure 4 respectivement le champ Bc généré par la couche magnétique 6b et la norme de ce champ.
Comme cela sera exposé dans suite de cet exposé, il peut être utile d'ajouter un champ additionnel externe Bext, au champ produit par la couche 6b. On a représenté sur la figure 4 ce champ extérieur Bext qui se combine au champ Bc produit par la couche et la norme de ce champ combiné. On observe que l'application de ce champ magnétique extérieur Bext peut conduire à éliminer certaines zones d'attraction Za produite lorsque seul le champ fourni par la couche magnétique 6b est présente. Mais dans tous les cas, ces zones d'attractions sont disposées selon des lignes Za orientées selon la direction principale P, ou plus généralement selon un motif de détection dont les caractéristiques sont parfaitement déterminées.
Dans le cas d'une chambre 5 présentant les dimensions indiquées précédemment, on peut envisager de former un motif de détection comprenant entre 2 et 50 lignes, celles-ci présentant une épaisseur comprise entre 1 et 150 microns (avantageusement entre FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 et 30 microns) et séparées entre elles d'un espacement compris entre 5 et 300 microns, avantageusement entre 25 et 150 microns.
Revenant à la description de la figure 3, la cartouche 1 a été
préparée pour placer dans chaque chambre 5 une quantité maîtrisée de particules magnétiques 9 de dimensions nanométriques, typiquement comprise entre 25 nm et 500nm, et préférentiellement entre 100 et 260nm. Ces particules se présentent typiquement sous la forme de billes présentant des caractéristiques superparamagnétiques et sont biocompatibles. Elles peuvent notamment être couvertes d'un polymère (de type polystyrène) disposant d'un traitement de surface qui leur permet d'être fonctionnalisées par des protéines de type Ac ou Ag. Les particules magnétiques sont liées à des éléments de capture aptes à s'associer à l'analyte. La quantité maîtrisée des particules est telle que leur concentration dans le volume de la chambre une fois remplie par le liquide biologique soit comprise entre 10^6 et 10^11 particules/ml. La quantité maîtrisée de nanoparticules et d'éléments de capture est ici disposée sous la forme d'un amas sec 9 reposant sur le support 6 de la chambre 5.
Similairement, les chambres 5 contiennent également chacune un amas sec 10 d'éléments de détection. Ces éléments de détection sont également susceptibles de se lier à l'analyte et portent des marqueurs photoluminescents, par exemple fluorescents.
Les amas sec 9, 10 d'éléments de capture et de détection sont également visibles sur la figure lb. Ils peuvent être placés sur le support 6 en des emplacements correspondant à la position des chambres d'analyse 5, avant que le capot supérieur 7 soit placé
sur le support 6. On pourra s'aider des évidements du support 6 qui définissent notamment l'empreinte des chambres 5, pour repérer ces emplacements.
FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 Lorsque l'on introduit du liquide biologique à analyser dans la cartouche 1, celui-ci s'écoule dans le réseau de canaux 4 pour emplir les chambres 5 d'analyse et se propager dans les canaux d'éventement 4'. La présence d'au moins une marche (et de la variation d'énergie de surface en amont et en aval de cette marche) dans ces canaux 4, 4' assure le bon remplissage, dans un temps déterminé, de toutes les chambres d'analyse 5, comme cela a été précisé dans un paragraphe précédent. Les éléments de détection 10 et les éléments de capture associés aux particules magnétiques 9 sont respectivement resuspendus dans l'échantillon de chaque chambre 5 pour s'y mélanger. Au cours du temps de réaction qui suit, et lorsque l'analyte est présent dans l'échantillon, on forme des complexes comprenant un élément de capture, une particule magnétique, l'analyte, et un élément de détection. Ces complexes sont immobilisés sur le support 6 de chaque chambre 5 en s'agglomérant de manière privilégiée au niveau des maxima d'intensité de champ magnétique, et donc pour s'arranger selon le motif de détection définie par la couche magnétique 6b. Les éléments de détection en excès restent en suspension dans l'échantillon.
On peut prévoir que chaque chambre 5 d'une cartouche 1 soit préparée pour recevoir des éléments de capture et des éléments de détection de natures différentes, de manière à procéder à des analyses multiples du liquide biologique introduit dans la cartouche 1. On peut également prévoir que le motif de détection encodé par la portion de la couche magnétique 6b qui est disposée au niveau d'une chambre 5 soit différent d'une chambre à l'autre.
Dans tous les cas, la présence d'un analyte dans l'échantillon retenu dans une chambre d'analyse 5 conduit à former un motif de détection définie par la couche magnétique 6b.
FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 Pour parfaitement maîtriser les phénomènes qui se déroulent dans une chambre d'analyse pendant la période de réaction et détecter la présence et l'intensité du motif de détection à la fin de cette période, il est avantageux de placer la cartouche 1 dans ou sur un dispositif d'analyse E représenté schématiquement sur la figure 5.
Le dispositif E comprend des éléments d'accueil de la cartouche 1 pour la positionner aussi précisément que possible dans une position d'analyse. Dans cette position, au moins une chambre 5 de la cartouche 1 est disposée dans le champ d'un dispositif de prise de vue 11, tel qu'un capteur d'image. Cette chambre 5 est également disposée dans le champ d'illumination d'une source lumineuse 12, par exemple une source à base de diode électroluminescente. On peut également prévoir sur le chemin optique entre la source 12, la chambre 5 et le dispositif de prise de vue 11 des éléments optiques 13 tels que des séparateurs, des filtres, des objectifs afin d'améliorer la qualité de la prise de vue et de notamment choisir un grossissement et une profondeur de champ adaptés. On peut avec cet arrangement faire l'acquisition d'une image numérique de l'échantillon et du support 6 de la chambre 5, afin de révéler sur l'image l'intensité lumineuse produite par les marqueurs fluorescents. La cartouche 1 est bien entendu disposée dans le dispositif d'analyse pour que le capot supérieur 7, transparent au droit des chambres 5 au moins, soit dans le chemin optique afin de permettre cette prise de vue.
En opération, les marqueurs photoluminescents en solution dans l'échantillon ou immobilisés sur le support 6 de la chambre 5 illuminée sont activés à l'aide de la source lumineuse 12 et rendus visibles dans le plan image du dispositif de prise de vue 11. On peut ainsi procéder à l'acquisition d'une image numérique FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 de la distribution dans le plan du support des marqueurs photoluminescents.
Poursuivant la description du dispositif d'analyse E de la figure 3, celui-ci peut comprendre également un actionneur mécanique 14, par exemple un actionneur piézoélectrique, apte à entrer en contact avec le support 6 de la cartouche pour y appliquer des efforts vibratoires. L'actionneur 14 peut être activé après l'introduction de la cartouche dans ou sur le dispositif E de manière à permettre la resuspension efficace des éléments de capture, des particules magnétiques et des éléments de détection 9, 10 dans l'échantillon.
Enfin, le dispositif E peut comprendre une source de champ magnétique 15, par exemple un électro-aimant, qui peut être activée de manière à exacerber le champ magnétique produit par la couche magnétique 6b. Le champ magnétique produit par la source 15 peut être comprise entre 1 et 400mT au niveau de la chambre 5, mais elle doit dans tous les cas rester d'intensité
inférieure à la valeur du champ coercitif de la couche magnétique 6b de manière à préserver son aimantation, et le motif de détection que cette aimantation définie. Le champ produit par la source 15 est préférentiellement orienté orthogonalement à la surface du support 6 pour s'additionner au champ généré par la couche magnétique 6b, et ainsi augmenter l'intensité du champ magnétique dans les zones d'attraction Za, et renforcer le motif de détection. Comme on l'a vu précédemment, la présence de ce champ peut conduire à modifier l'arrangement en ligne Za des zones d'attraction, ou plus généralement à redéfinir le motif de détection. Le champ produit par la source 15 peut être continu ou pulsé, dans ce cas avec une durée d'impulsion typiquement supérieure à 1 ms. Le champ produit par la source 15 permet également de magnétiser les particules superparamagnétiques de l'échantillon. On favorise de la sorte la migration de ces FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 particules et des complexes lorsque ceux-ci sont présents vers la surface du support 6 pour les immobiliser.
Pour mettre en opération le dispositif d'analyse E et réaliser les traitements numériques de l'image dont on fait l'acquisition, le dispositif E comprend également un dispositif de calcul 16. Il peut s'agit d'un microcontrôleur, d'un microprocesseur, d'un circuit FPGA. Outre les moyens de calcul à proprement parler, le dispositif de calcul 16 comprend également des composants mémoire permettant de stocker des données et des programmes informatiques permettant de faire fonctionner le dispositif E. Le dispositif de calcul 16 peut également comprendre des composants d'interface permettant d'échanger des données (du type interface USB) ou permettant de relier le dispositif d'analyse E à un équipement de maintenance.
Les composants d'interface peuvent également comprendre un écran et des boutons de commande pour permettre l'utilisation du dispositif E par un opérateur. Le dispositif de calcul 16 est relié, par exemple par l'intermédiaire d'un bus interne, au dispositif de prise de vue 11, à la source lumineuse 12, à
l'actionneur mécanique 14, à la source de champ magnétique 15 pour coordonner leurs actions et/ou collecter les données produites, par exemple les images numériques fournies par le dispositif de prise de vue 11.
Ainsi, une fois la cartouche 1 disposée dans ou sur le dispositif d'analyse E par un opérateur, retenue par les éléments d'accueil dans la position d'analyse, la séquence d'actions suivantes peut être mise en uvre par le dispositif de calcul 16, après par exemple que le dispositif E ait été actionné par l'intermédiaire d'un bouton de commande :
- activation de l'actionneur mécanique 14 pour appliquer un effort vibratoire à la cartouche 1 et engager ou favoriser la resuspension des éléments de capture, les particules FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 magnétiques et les éléments de détection dans l'échantillon. Cet instant d'activation marque le début de la période de capture ;
- activation de la source magnétique 15 pour favoriser le l'immobilisation des particules magnétiques, complexées ou non avec des analytes, sur le support 6 de la chambre 5 ;
- mise en marche de la source lumineuse 12, puis à
l'expiration de la période de capture, activation du dispositif de prise de vue 11 pour procéder à l'acquisition d'une image de l'échantillon et du support. L'image peut être transférée du dispositif de prise de vue 11 à un composant mémoire du dispositif de calcul 16 afin de pouvoir y opérer des traitements.
- traitement de l'image pour déterminer un signal de détection représentatif de la présence ou de la concentration de l'analyte dans l'échantillon.
- traitement du signal de détection pour fournir une infoLmation indiquant la présence, l'absence et/ou la concentration de l'analyte dans l'échantillon dans une mesure standard, par exemple en partie par ml.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de mise en uvre décrit et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications.
FEUILLE MODIFIÉE
La cartouche 1 est formée d'un support 6 et d'un capot supérieur 7 recouvrant le support. Le support 6 et le capot supérieur 7 sont assemblés l'un à l'autre en mettant en vis-à-vis leurs surfaces dites principales . Le réseau fluidique de la cartouche 1 est défini par des évidements formés sur la surface principale du support 6 et/ou sur la surface principale du capot supérieur 7, c'est-à-dire sur les faces de ces deux éléments qui sont destinées à être assemblées l'une à l'autre. Chaque canal du réseau 4, 4', est défini par deux parois de canal, ces parois se faisant face et définissant une hauteur de canal, et par deux parois latérales définissant une largeur de canal. Les parois sont formées des surfaces principales du support 6 et du capot supérieur 7, au niveau de leurs évidements. Il en va de même FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 pour les chambres d'analyse 5 de la cartouche 1 et pour tout autre élément du réseau fluidique de cette cartouche 1.
Le capot supérieur 7, au moins pour la partie qui surplombe les chambres d'analyse 5, est formé d'une matière transparente dans la gamme de longueurs d'onde d'émission des marqueurs photoluminescents lorsque la cartouche est exploitée pour l'analyse immunologique présentée en introduction de cette demande. Il peut s'agir d'une matière plastique par exemple à
base de polycarbonate, de copolymère cyclo oléfinique ou de polystyrène. Il peut encore s'agir de verre. La surface extérieure du capot 7 est optiquement polie au moins au droit des chambres d'analyse 5. Ces caractéristiques permettent et favorisent l'analyse optique des échantillons de liquide biologique contenu dans les chambres 5, comme cela sera exposé
dans une section ultérieure de cette description.
Le réseau fluidique, tel que celui présenté sur la figure lc à
titre d'illustration, s'étend donc dans le plan principal de la cartouche. Il est de dimension millimétrique, c'est-à-dire que la largeur des canaux du réseau 4, 4' et des chambres d'analyse est typiquement comprise entre 0,1 et lOmm. La hauteur de ces éléments, c'est-à-dire leur étendue selon une direction perpendiculaire au plan principal de la cartouche 1, est également millimétrique, entre 0,1 et lOmm. Le liquide biologique se propage dans ce réseau par capillarité.
Selon une caractéristique importante de la cartouche 1, une des parois définissant la hauteur d'au moins un canal, dite paroi structurée , présente une marche et l'énergie des surfaces en amont et en aval de la marche est maitrisée pour, au choix, accélérer ou ralentir la propagation du fluide dans le canal.
Par énergie de surface on désigne, par simplicité
FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 d'expression, la densité surfacique d'énergie entre la surface considérée et le liquide biologique.
Une cartouche 1 conforme à la présente invention tire profit de cette caractéristique pour favoriser le chargement en liquide biologique des chambres 5 du réseau fluidique, et plus généralement pour maitriser la propagation de ce liquide dans le réseau fluidique de la cartouche.
Plus précisément, et en référence à la figure 2a, un canal au moins de la cartouche 1 comprend une marche M qui définie un premier segment Si du canal dans lequel la paroi structurée (ici formée par la surface principale du support 6) présente une première énergie de surface El et une première élévation el définissant une première hauteur du canal hl. La marche M définit également un deuxième segment S2 du canal dans lequel la paroi structurée présente une deuxième énergie de surface E2 et une deuxième élévation e2 définissant une deuxième hauteur du canal h2. La première hauteur du canal hl et la première énergie de surface El de la paroi structurée sont respectivement supérieures à la deuxième hauteur du canal h2 et à la deuxième énergie de surface E2 du deuxième segment S2.
La variation de hauteur du canal, combinée à la variation de l'énergie des surfaces en amont et en aval de cette variation permet d'influencer l'écoulement du fluide dans le canal.
Ainsi, lorsque le fluide rencontre une marche montante , c'est-à-dire qu'il s'écoule par capillarité de la première section Si du canal à la deuxième S2, son écoulement est ralenti par la restriction de hauteur formée par la marche combinée à
la moindre énergie de surface du deuxième segment. Inversement, lorsque le fluide rencontre une marche descendante , c'est-FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 à-dire qu'il s'écoule par capillarité de la deuxième section S2 du canal à la première Si, sa progression est accélérée.
On rappelle que la densité surfacique d'énergie est une grandeur positive qui caractérise une interface, ici l'interface entre la surface de la paroi structurée et le liquide biologique. Elle peut être déterminée, comme cela est bien connu en soi, en mesurant l'angle de contact d'une goutte d'eau, disposée sur la surface dont on cherche à mesurer l'énergie. Un angle de contact élevé, supérieur à 90 indique une faible densité surfacique d'énergie, et la surface est dite hydrophobe. Inversement, un angle de contact inférieur à 90 indique une forte densité
surfacique d'énergie est la surface dite hydrophile. Une surface relativement plus hydrophobe aura tendance à ralentir la progression par capillarité d'un fluide en comparaison avec la progression du fluide sur une surface relativement plus hydrophile.
A titre d'illustration de ces principes, on a présenté sur la figure 2b une marche montante disposée dans un canal d'éventement 4' de la cartouche, c'est-à-dire un canal disposé
entre une chambre d'analyse 5 et un évent 3. Le fluide progresse donc dans ce canal vers l'évent 3. La marche formée sur le support 6, définie une section amont du canal d'éventement (le premier segment du canal, pour reprendre les termes des principes généraux de l'invention) qui présente, sur le support 6, une énergie de surface plus importante que l'énergie de surface de la section aval (du côté de l'évent 3, le deuxième segment) du canal 4'. Avantageusement, on peut prévoir de disposer d'une telle marche dans chaque canal d'éventement 4' de la cartouche 1, dans chacune des voies d'analyse de la cartouche.
Ces caractéristiques de la cartouche 1 ont pour effet de freiner la progression du liquide biologique lorsqu'il rencontre la FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 marche, après qu'il ait progressé par capillarité le long d'un canal du réseau 4 et à travers la chambre d'analyse 5. Cet effet de freinage, lorsqu'il survient dans un canal d'éventement 4' qui se rempli plus rapidement que les autres, conduit à forcer l'écoulement du liquide dans les autres voies du réseau (i.e.
alimentant les autres chambres d'analyse 5 de la cartouche 1) et à équilibrer la progression du liquide dans chacune de ces voies.
Ces caractéristiques du canal ou des canaux d'éventement 4' assurent donc le remplissage des chambres d'analyse 5 en liquide biologique de manière fiable, répétable et au cours d'une période de remplissage dont la durée est contrôlée. On pourrait prévoir que la ou les marches montantes soient disposées dans un canal amont 4 ou dans une pluralité de canaux amonts 4, plutôt que dans les canaux d'éventement 4'. Certaines de ces marches peuvent être disposées dans un canal amont 4, et d'autres dans un canal aval d'éventement 4'.
D'une manière plus générale, une cartouche 1 conforme à
l'invention peut présenter une ou une pluralité de marches dans chaque voie d'analyse, montante et/ou descendante. On peut ainsi prévoir qu'une marche descendante soit disposée dans le canal amont 4 alimentant une chambre 5 d'une voie d'analyse, et qu'une marche montante soit disposée, dans cette même voie d'analyse ou dans une autre, dans le canal d'éventement 4' reliant cette chambre 5 à l'évent 3.
De manière avantageuse, et comme cela est illustré sur les figures 2a et 2b, la marche provoque une variation brusque de hauteur du canal dans laquelle elle est située, le flanc de la marche faisant un angle de 90 avec la paroi. Mais plus généralement, ce flanc peut former un angle compris entre 600 et 900. Cette marche peut être formée sur le support 6, comme cela est illustré sur les figures 2a et 2b, mais on peut envisager de la former entièrement ou en partie sur la paroi opposée, du FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 côté du capot supérieur 7. Elle peut présenter une hauteur comprise entre 0,1 et 0,5 mm pour freiner ou accélérer efficacement la progression du liquide. Avantageusement, le flanc de la marche présente une énergie de surface plus proche de la première énergie de surface El que de la deuxième énergie de surface E2.
Les surfaces principales du support 6 et du capot supérieur 7 (et donc les parois des canaux 4, 4' et des chambres 5 de la cartouche 1) sont préférentiellement choisies ou traitées pour qu'elles présentent un caractère hydrophile. Ce caractère permet généralement de faciliter la progression du fluide dans le réseau fluidique par capillarité. De manière surprenante, il n'est pas nécessaire que l'écart entre la première énergie de surface El du premier segment Si et la deuxième énergie de surface E2 du deuxième segment S2 du canal soit très important. Il n'est en particulier pas nécessaire que la deuxième énergie de surface E2, sur la section haute de la marche, soit de nature hydrophobe pour retenir la progression du liquide. Mesuré en angle de contact, l'écart entre ces deux énergies El, E2 peut être de 50 ou plus, ou 10 ou plus et ces énergies conférer une nature hydrophile aux surfaces, c'est-à-dire que l'angle de contact reste inférieur à 90 . A titre d'exemple, le premier segment S1 peut présenter un angle de contact, qualifiant la première énergie El, compris entre 50 et 80 , et le deuxième segment S2 présenter un angle de contact compris entre 65 et 89 (tout en maintenant un écart de 5 au moins). On donnera dans la suite de cette description un exemple détaillé de préparation d'un support 6 permettant de maitriser les première et deuxième énergies de surface El, E2 conformément à ce qui vient d'être présenté.
Avantageusement, la paroi opposée à la paroi structurée présente une troisième énergie de surface supérieure à la première énergie FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 El et à la deuxième énergie E2 de surface. Elle peut être comprise entre 15 et 65 (tout en restant avantageusement supérieure aux première et deuxième énergies de surface), et avantageusement inférieure à 500, voire proche ou plus petite que 35 . Cette énergie conduit à former sur cette paroi opposée une surface plus hydrophile que celle de la paroi structurée et permet généralement d'entrainer le liquide par capillarité dans le réseau fluidique. Les énergies variables de la paroi structurée dans les différents segments Sl, S2 du canal permet de moduler cette progression. Lorsque la paroi présentant cette troisième énergie E3 est fournie par la surface principale du capot supérieur 7, celle-ci peut avoir été traitée par un agent de surface, par exemple à base de poloxamère, tendant à accroitre le caractère hydrophile de cette surface.
Bien naturellement, on peut prévoir une cartouche comportant un réseau fluidique plus complexe que celui pris en exemple. Ainsi, une voie d'analyse de la cartouche peut inclure d'autres chambres que la chambre d'analyse 5, comme par exemple une ou une pluralité de chambres d'incubation disposée en amont de la chambre d'analyse 5. Ces chambres d'incubation peuvent comporter des réactifs distincts auxquels le fluide se mélange avant d'être transporté dans la chambre d'analyse 5. Le réseau de canaux 4, 4' peut donc également être plus complexe que celui représenté
sur les figures, et s'étendre dans chaque voie d'analyse, de l'ouverture 2 à l'évent 3, en reliant fluidiquement les différentes chambres selon toute configuration envisageable.
En référence aux figures lb, 6 et 3, cette dernière figure représentant une coupe transversale d'une cartouche 1 au niveau des chambres d'analyse 5, on décrit plus précisément un mode de réalisation d'une cartouche 1 conforme à l'invention. La cartouche 1 de ce mode de réalisation permet d'appliquer une analyse immunologique magnétique, mettant donc en uvre des FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 particules magnétiques pour marquer la présence de l'analyte dans un échantillon de liquide biologique. Ce mode de réalisation permet également de maitriser simplement les énergies de surfaces sur les différents segments amonts et avals des marches (ou de la marche) présentent dans le réseau fluidique de cette cartouche.
Le support 6 est composé ici d'un substrat rigide 6a comportant une couche ou une zone magnétique 6b. Le substrat 6a peut être formée d'une matière plastique. La couche/zone magnétique 6b peut être disposée sur le substrat 6a, ou intégrée à ce substrat, au moins au niveau des chambres d'analyse 5 du réseau fluidique.
Elle ne recouvre pas nécessairement toute la surface du substrat 6a.
La couche magnétique 6b est typiquement composée de matériaux composites magnétiques, tels que des ferrites, aléatoirement distribués dans un polymère ou bien orientés selon un axe de pré-orientation. Cette couche magnétique peut être similaire à
une bande magnétique d'enregistrement conventionnelle.
Le substrat 6a peut également comporter un film amagnétique 6c (ou d'une pluralité de tels films) en recouvrement de la couche magnétique 6b, et plus généralement du substrat 6a. Ce film amagnétique 6c est optionnel, il vise à éloigner la couche magnétique 6b du fond de la chambre d'analyse 5, lorsque la cartouche 1 a été formée par assemblage du support 6 au capot supérieur 7. Pour ne pas perturber la mesure, le film amagnétique 6c présente une faible autofluorescence. Par souci de clarté, on désigne par amagnétique un matériau dont la susceptibilité
magnétique est très faible, comme un matériau paramagnétique ou diamagnétique. Le film amagnétique 6c peut par exemple être formé
d'un matériau plastique, tel que du polypropylène.
FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 Dans tous les cas, le substrat 6a présente une surface exposée Al qui peut être constituée du substrat 6a lui-même ou de la couche amagnétique 6c lorsque celle-ci est présente. Cette surface exposée Al est destinée à former la première section Si de la paroi structurée d'un canal du réseau fluidique de la cartouche. La surface exposée Al est conçue ou a été traitée pour présenter la première énergie de surface El, de nature hydrophile. Cette première énergie de surface El peut résulter du choix du matériau formant la surface exposée, ou de sa texturation ou d'un traitement, par exemple au plasma ou par l'intermédiaire d'un agent tensioactif, visant à rendre cette surface particulièrement hydrophile. Comme on l'a déjà précisé, cette première énergie de surface El peut être caractérisée par un angle de contact compris entre 50 et 800 .
Outre le substrat 6a, le support 6 comprend également un film intercalaire 6d disposé sur la surface exposée Al du substrat 6a. Le film intercalaire 6d de la figure lb présente une découpe selon un motif correspondant au réseau de canaux amonts 4 et aux chambres d'analyse 5 et avantageusement à l'ouverture 2. D'une manière générale, le film intercalaire 6d présente des découpes D visant à définir une partie du réseau fluidique de la cartouche. Lorsque ce film intercalaire 6d est assemblé
superficiellement au substrat 6a pour former le support 6, ce dernier présente donc des évidements reproduisant le motif de découpe D du film 6d. Ces évidements, en combinaison avec des évidements complémentaires formés dans le capot supérieur 7, constituent le réseau de canaux 4, 4', les chambres d'analyse 5, et tout autre élément du réseau fluidique de la cartouche 1. On note que le motif de découpe D du film intercalaire 6d de la figure lb ne reprend pas l'empreinte des canaux d'éventement 4', et que ceux-ci sont donc exclusivement constitués par des évidements formés dans le capot supérieur 7 et pas dans le support 6. Cet agencement conduit à former une marche montante FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 à l'entrée des canaux d'éventement 4', comme cela a été pris en exemple antérieurement. D'une manière plus générale, le motif de découpe D du film intercalaire 6d correspond à une partie seulement du réseau fluidique de la cartouche 1 afin de constituer les marches de ce réseau.
La surface exposée A2 du film intercalaire 6d (comprenant la face opposée à celle mise en contact avec le substrat 6a est destinée à former la deuxième section S2 de la paroi structurée d'un canal du réseau fluidique de la cartouche 1. Elle est conçue ou a été traitée pour présenter la deuxième énergie de surface E2, de nature hydrophile également, mais inférieure à la première énergie de surface El. Cette deuxième énergie de surface E2 peut résulter du choix du matériau formant le film intercalaire ou sa surface, ou de sa texturation ou d'un traitement spécifique.
Comme on l'a déjà précisé, cette deuxième énergie de surface E2 peut être caractérisée par un angle de contact compris entre 65 et 89 (tout en étant supérieure à la première énergie de surface El).
Dans cette configuration, et lorsque le film intercalaire 6d présentant les découpes D a été assemblé au substrat 6a, la surface principale du support 6 est alors constituée d'une surface exposée A2 du film intercalaire 6d présentant la deuxième énergie de surface E2 et de la surface exposée Al du substrat 6c, au niveau des découpes D du film intercalaire 6d, présentant la deuxième énergie de surface E2.
Avantageusement, le film intercalaire 6d est un film adhésif, permettant également d'assembler et de retenir hermétiquement l'un à l'autre le capot supérieur 7 au support 6 au niveau de leurs surfaces en contact, c'est-à-dire entourant les évidements. Il peut s'agir d'un film adhésif double face, assurant alors simultanément son assemblage au substrat 6a, et FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 au capot supérieur 7. Comme cela est bien connu en soi, un tel film est constitué d'une bande, par exemple plastique, dont les deux faces sont enduites d'un matériau adhésif. De par sa nature, ce matériau adhésif peut présenter naturellement une énergie de surface inférieure à celle de la surface exposée du substrat 6a et donc constituer la deuxième énergie de surface.
Qu'il soit formé d'un film intercalaire adhésif double face ou pas, la cartouche 1 est assemblée en fournissant le substrat 6a muni de la zone magnétique 6b, en disposant le film intercalaire 6d sur ce substrat 6a et ainsi former le support 6, puis en assemblant cet ensemble au capot supérieur 7. Cet assemblage est réalisé en alignant les évidements complémentaires disposés sur la surface principale de ce capot 7 sur ceux définis par le motif de découpe D de la couche intercalaire 6d du support 6. On définit de la sorte le réseau fluidique de la cartouche 1.
On peut naturellement prévoir de disposer, sur le film intercalaire 6d, d'autres films présentant d'autres motifs de découpe de manière à former dans le réseau fluidique une pluralité de marches montantes ou descendantes consécutive dans un canal. On prendra soin dans ce cas de préserver la relation selon laquelle, au niveau de chaque marche, l'énergie de surface du segment du canal présentant la hauteur la plus grande soit supérieure à l'énergie de surface du segment de canal présentant la hauteur la plus petite.
Revenant à la description du caractère magnétique de la cartouche, la couche magnétique 6b comprend une succession de régions polarisées dans deux directions différentes (opposées sur la figure 3). Comme cela est représenté sur la figure 4 qui représente en vue de dessus la couche magnétique 6b, les régions polarisées magnétiquement s'étendent en ligne selon une direction principale P dans l'exemple représenté.
FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 Aux interfaces entre deux zones de polarisations différentes, on crée des régions de relativement forte intensité magnétique, désignés zones d'attraction dans la suite de cet exposé. Les zones d'attraction sont donc agencées sous la forme d'une pluralité de lignes Za orientée selon la direction principale P.
L'agencement particulier de ces lignes définit, en combinaison, un motif de détection.
Il est entendu que l'agencement en ligne pris en exemple ne forme qu'un cas particulier d'un motif de détection. Une cartouche 1 est plus généralement munie de régions polarisées magnétiquement et définissant un motif de détection bien déterminé, mais dont la configuration peut être librement choisie.
On a représenté également sur la figure 4 respectivement le champ Bc généré par la couche magnétique 6b et la norme de ce champ.
Comme cela sera exposé dans suite de cet exposé, il peut être utile d'ajouter un champ additionnel externe Bext, au champ produit par la couche 6b. On a représenté sur la figure 4 ce champ extérieur Bext qui se combine au champ Bc produit par la couche et la norme de ce champ combiné. On observe que l'application de ce champ magnétique extérieur Bext peut conduire à éliminer certaines zones d'attraction Za produite lorsque seul le champ fourni par la couche magnétique 6b est présente. Mais dans tous les cas, ces zones d'attractions sont disposées selon des lignes Za orientées selon la direction principale P, ou plus généralement selon un motif de détection dont les caractéristiques sont parfaitement déterminées.
Dans le cas d'une chambre 5 présentant les dimensions indiquées précédemment, on peut envisager de former un motif de détection comprenant entre 2 et 50 lignes, celles-ci présentant une épaisseur comprise entre 1 et 150 microns (avantageusement entre FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 et 30 microns) et séparées entre elles d'un espacement compris entre 5 et 300 microns, avantageusement entre 25 et 150 microns.
Revenant à la description de la figure 3, la cartouche 1 a été
préparée pour placer dans chaque chambre 5 une quantité maîtrisée de particules magnétiques 9 de dimensions nanométriques, typiquement comprise entre 25 nm et 500nm, et préférentiellement entre 100 et 260nm. Ces particules se présentent typiquement sous la forme de billes présentant des caractéristiques superparamagnétiques et sont biocompatibles. Elles peuvent notamment être couvertes d'un polymère (de type polystyrène) disposant d'un traitement de surface qui leur permet d'être fonctionnalisées par des protéines de type Ac ou Ag. Les particules magnétiques sont liées à des éléments de capture aptes à s'associer à l'analyte. La quantité maîtrisée des particules est telle que leur concentration dans le volume de la chambre une fois remplie par le liquide biologique soit comprise entre 10^6 et 10^11 particules/ml. La quantité maîtrisée de nanoparticules et d'éléments de capture est ici disposée sous la forme d'un amas sec 9 reposant sur le support 6 de la chambre 5.
Similairement, les chambres 5 contiennent également chacune un amas sec 10 d'éléments de détection. Ces éléments de détection sont également susceptibles de se lier à l'analyte et portent des marqueurs photoluminescents, par exemple fluorescents.
Les amas sec 9, 10 d'éléments de capture et de détection sont également visibles sur la figure lb. Ils peuvent être placés sur le support 6 en des emplacements correspondant à la position des chambres d'analyse 5, avant que le capot supérieur 7 soit placé
sur le support 6. On pourra s'aider des évidements du support 6 qui définissent notamment l'empreinte des chambres 5, pour repérer ces emplacements.
FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 Lorsque l'on introduit du liquide biologique à analyser dans la cartouche 1, celui-ci s'écoule dans le réseau de canaux 4 pour emplir les chambres 5 d'analyse et se propager dans les canaux d'éventement 4'. La présence d'au moins une marche (et de la variation d'énergie de surface en amont et en aval de cette marche) dans ces canaux 4, 4' assure le bon remplissage, dans un temps déterminé, de toutes les chambres d'analyse 5, comme cela a été précisé dans un paragraphe précédent. Les éléments de détection 10 et les éléments de capture associés aux particules magnétiques 9 sont respectivement resuspendus dans l'échantillon de chaque chambre 5 pour s'y mélanger. Au cours du temps de réaction qui suit, et lorsque l'analyte est présent dans l'échantillon, on forme des complexes comprenant un élément de capture, une particule magnétique, l'analyte, et un élément de détection. Ces complexes sont immobilisés sur le support 6 de chaque chambre 5 en s'agglomérant de manière privilégiée au niveau des maxima d'intensité de champ magnétique, et donc pour s'arranger selon le motif de détection définie par la couche magnétique 6b. Les éléments de détection en excès restent en suspension dans l'échantillon.
On peut prévoir que chaque chambre 5 d'une cartouche 1 soit préparée pour recevoir des éléments de capture et des éléments de détection de natures différentes, de manière à procéder à des analyses multiples du liquide biologique introduit dans la cartouche 1. On peut également prévoir que le motif de détection encodé par la portion de la couche magnétique 6b qui est disposée au niveau d'une chambre 5 soit différent d'une chambre à l'autre.
Dans tous les cas, la présence d'un analyte dans l'échantillon retenu dans une chambre d'analyse 5 conduit à former un motif de détection définie par la couche magnétique 6b.
FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 Pour parfaitement maîtriser les phénomènes qui se déroulent dans une chambre d'analyse pendant la période de réaction et détecter la présence et l'intensité du motif de détection à la fin de cette période, il est avantageux de placer la cartouche 1 dans ou sur un dispositif d'analyse E représenté schématiquement sur la figure 5.
Le dispositif E comprend des éléments d'accueil de la cartouche 1 pour la positionner aussi précisément que possible dans une position d'analyse. Dans cette position, au moins une chambre 5 de la cartouche 1 est disposée dans le champ d'un dispositif de prise de vue 11, tel qu'un capteur d'image. Cette chambre 5 est également disposée dans le champ d'illumination d'une source lumineuse 12, par exemple une source à base de diode électroluminescente. On peut également prévoir sur le chemin optique entre la source 12, la chambre 5 et le dispositif de prise de vue 11 des éléments optiques 13 tels que des séparateurs, des filtres, des objectifs afin d'améliorer la qualité de la prise de vue et de notamment choisir un grossissement et une profondeur de champ adaptés. On peut avec cet arrangement faire l'acquisition d'une image numérique de l'échantillon et du support 6 de la chambre 5, afin de révéler sur l'image l'intensité lumineuse produite par les marqueurs fluorescents. La cartouche 1 est bien entendu disposée dans le dispositif d'analyse pour que le capot supérieur 7, transparent au droit des chambres 5 au moins, soit dans le chemin optique afin de permettre cette prise de vue.
En opération, les marqueurs photoluminescents en solution dans l'échantillon ou immobilisés sur le support 6 de la chambre 5 illuminée sont activés à l'aide de la source lumineuse 12 et rendus visibles dans le plan image du dispositif de prise de vue 11. On peut ainsi procéder à l'acquisition d'une image numérique FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 de la distribution dans le plan du support des marqueurs photoluminescents.
Poursuivant la description du dispositif d'analyse E de la figure 3, celui-ci peut comprendre également un actionneur mécanique 14, par exemple un actionneur piézoélectrique, apte à entrer en contact avec le support 6 de la cartouche pour y appliquer des efforts vibratoires. L'actionneur 14 peut être activé après l'introduction de la cartouche dans ou sur le dispositif E de manière à permettre la resuspension efficace des éléments de capture, des particules magnétiques et des éléments de détection 9, 10 dans l'échantillon.
Enfin, le dispositif E peut comprendre une source de champ magnétique 15, par exemple un électro-aimant, qui peut être activée de manière à exacerber le champ magnétique produit par la couche magnétique 6b. Le champ magnétique produit par la source 15 peut être comprise entre 1 et 400mT au niveau de la chambre 5, mais elle doit dans tous les cas rester d'intensité
inférieure à la valeur du champ coercitif de la couche magnétique 6b de manière à préserver son aimantation, et le motif de détection que cette aimantation définie. Le champ produit par la source 15 est préférentiellement orienté orthogonalement à la surface du support 6 pour s'additionner au champ généré par la couche magnétique 6b, et ainsi augmenter l'intensité du champ magnétique dans les zones d'attraction Za, et renforcer le motif de détection. Comme on l'a vu précédemment, la présence de ce champ peut conduire à modifier l'arrangement en ligne Za des zones d'attraction, ou plus généralement à redéfinir le motif de détection. Le champ produit par la source 15 peut être continu ou pulsé, dans ce cas avec une durée d'impulsion typiquement supérieure à 1 ms. Le champ produit par la source 15 permet également de magnétiser les particules superparamagnétiques de l'échantillon. On favorise de la sorte la migration de ces FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 particules et des complexes lorsque ceux-ci sont présents vers la surface du support 6 pour les immobiliser.
Pour mettre en opération le dispositif d'analyse E et réaliser les traitements numériques de l'image dont on fait l'acquisition, le dispositif E comprend également un dispositif de calcul 16. Il peut s'agit d'un microcontrôleur, d'un microprocesseur, d'un circuit FPGA. Outre les moyens de calcul à proprement parler, le dispositif de calcul 16 comprend également des composants mémoire permettant de stocker des données et des programmes informatiques permettant de faire fonctionner le dispositif E. Le dispositif de calcul 16 peut également comprendre des composants d'interface permettant d'échanger des données (du type interface USB) ou permettant de relier le dispositif d'analyse E à un équipement de maintenance.
Les composants d'interface peuvent également comprendre un écran et des boutons de commande pour permettre l'utilisation du dispositif E par un opérateur. Le dispositif de calcul 16 est relié, par exemple par l'intermédiaire d'un bus interne, au dispositif de prise de vue 11, à la source lumineuse 12, à
l'actionneur mécanique 14, à la source de champ magnétique 15 pour coordonner leurs actions et/ou collecter les données produites, par exemple les images numériques fournies par le dispositif de prise de vue 11.
Ainsi, une fois la cartouche 1 disposée dans ou sur le dispositif d'analyse E par un opérateur, retenue par les éléments d'accueil dans la position d'analyse, la séquence d'actions suivantes peut être mise en uvre par le dispositif de calcul 16, après par exemple que le dispositif E ait été actionné par l'intermédiaire d'un bouton de commande :
- activation de l'actionneur mécanique 14 pour appliquer un effort vibratoire à la cartouche 1 et engager ou favoriser la resuspension des éléments de capture, les particules FEUILLE MODIFIÉE
PCT/FR 2021/051 978 - 07.06.2022 magnétiques et les éléments de détection dans l'échantillon. Cet instant d'activation marque le début de la période de capture ;
- activation de la source magnétique 15 pour favoriser le l'immobilisation des particules magnétiques, complexées ou non avec des analytes, sur le support 6 de la chambre 5 ;
- mise en marche de la source lumineuse 12, puis à
l'expiration de la période de capture, activation du dispositif de prise de vue 11 pour procéder à l'acquisition d'une image de l'échantillon et du support. L'image peut être transférée du dispositif de prise de vue 11 à un composant mémoire du dispositif de calcul 16 afin de pouvoir y opérer des traitements.
- traitement de l'image pour déterminer un signal de détection représentatif de la présence ou de la concentration de l'analyte dans l'échantillon.
- traitement du signal de détection pour fournir une infoLmation indiquant la présence, l'absence et/ou la concentration de l'analyte dans l'échantillon dans une mesure standard, par exemple en partie par ml.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de mise en uvre décrit et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications.
FEUILLE MODIFIÉE
Claims (13)
1. Cartouche (1) d'analyse optique d'un liquide biologique comprenant une ouverture (2) de déversement du liquide débouchant dans un réseau de canaux (4, 4') reliant fluidiquement l'ouverture (2) à une pluralité d'évents (3) et dans lequel le liquide se propage par capillarité, l'ouverture (2), les évents (3) et le réseau de canaux (4, 4') définissant une pluralité de voies d'analyse comprenant chacune une chambre d'analyse (5), le réseau de canaux (4, 4') comprenant pour chaque voie d'analyse un canal amont (4) pour fluidiquement relier l'ouverture (2) à la chambre d'analyse (5), et un canal d'éventement (4') pour fluidiquement relier la chambre d'analyse (5) à un évent (3), la cartouche (1) étant formée d'un support (6) présentant une surface principale et d'un capot supérieur (7) formé au moins en partie d'une matière transparente et présentant également une surface principale, le capot supérieur (7) et le support (6) étant assemblés l'un à
l'autre par leur surface principale, une partie au moins du réseau de canaux (4, 4') étant constituée par des évidements complémentaires formés en partie sur la surface principale du support (6) et en partie sur la surface principale du capot supérieur (7), chaque canal étant alors définis par une paroi de canal dite paroi structurée fournie par le support (6) et par une paroi opposée de canal fournie par le capot supérieur (7), les deux parois se faisant face et définissant une hauteur de canal, la paroi structurée, présentant une marche (M) pour définir de part et d'autre de la marche :
- un premier segment (S1) du canal dans lequel la paroi structurée présente une première énergie de surface (El) et une première élévation (el) définissant une première hauteur du canal (hl) ;
- un deuxième segment (S2) du canal dans lequel la paroi structurée présente une deuxième énergie de surface (E2) et une deuxième élévation (e2) définissant une deuxième hauteur du canal (h2) ;
la première hauteur du canal (hl) et la première énergie de surface (El) de la paroi structurée étant respectivement supérieures à la deuxième hauteur (h2) du canal et à la deuxième énergie de surface (E2) ;
le support (6) comprenant en outre :
- un substrat (6a) rigide présentant la première énergie de surface (El), le substrat incorporant une couche magnétique (6b), disposée sous un film amagnétique en recouvrement de la couche magnétique (6b) ;
- un film intercalaire (6d) présentant la deuxième énergie de surface (E2) disposé sur le substrat (6a), le film intercalaire (6d) définissant une partie du réseau fluidique de la cartouche (1) et présentant un motif de découpe (D) pour former les évidements du support (6) et découvrir une surface exposée (Al) du substrat (6a), la surface principale du support (6) étant alors constituée d'une surface exposée (A2) du film intercalaire (6d) présentant la deuxième énergie de surface (E2) et de la surface exposée (Al) du substrat (6a) présentant la première énergie de surface (El).
l'autre par leur surface principale, une partie au moins du réseau de canaux (4, 4') étant constituée par des évidements complémentaires formés en partie sur la surface principale du support (6) et en partie sur la surface principale du capot supérieur (7), chaque canal étant alors définis par une paroi de canal dite paroi structurée fournie par le support (6) et par une paroi opposée de canal fournie par le capot supérieur (7), les deux parois se faisant face et définissant une hauteur de canal, la paroi structurée, présentant une marche (M) pour définir de part et d'autre de la marche :
- un premier segment (S1) du canal dans lequel la paroi structurée présente une première énergie de surface (El) et une première élévation (el) définissant une première hauteur du canal (hl) ;
- un deuxième segment (S2) du canal dans lequel la paroi structurée présente une deuxième énergie de surface (E2) et une deuxième élévation (e2) définissant une deuxième hauteur du canal (h2) ;
la première hauteur du canal (hl) et la première énergie de surface (El) de la paroi structurée étant respectivement supérieures à la deuxième hauteur (h2) du canal et à la deuxième énergie de surface (E2) ;
le support (6) comprenant en outre :
- un substrat (6a) rigide présentant la première énergie de surface (El), le substrat incorporant une couche magnétique (6b), disposée sous un film amagnétique en recouvrement de la couche magnétique (6b) ;
- un film intercalaire (6d) présentant la deuxième énergie de surface (E2) disposé sur le substrat (6a), le film intercalaire (6d) définissant une partie du réseau fluidique de la cartouche (1) et présentant un motif de découpe (D) pour former les évidements du support (6) et découvrir une surface exposée (Al) du substrat (6a), la surface principale du support (6) étant alors constituée d'une surface exposée (A2) du film intercalaire (6d) présentant la deuxième énergie de surface (E2) et de la surface exposée (Al) du substrat (6a) présentant la première énergie de surface (El).
2. Cartouche (1) d'analyse selon la revendication précédente dans laquelle la paroi faisant face à la paroi structurée est plane et présente une troisième énergie de surface supérieure à la première énergie de surface (El) et à la deuxième énergie de surface (E2).
3.Cartouche (1) d'analyse selon l'une des revendications précédentes dans laquelle la marche présente un flanc, et l'énergie de surface du flanc de la marche est plus proche de la première énergie (El) que de la deuxième énergie (E2).
4.Cartouche (1) d'analyse selon l'une des revendications précédentes dans laquelle les surfaces principales du support (6) et du capot supérieur (7) présentent un caractère hydrophile.
5.Cartouche (1) d'analyse selon l'une des revendications précédentes dans laquelle une marche (M) est disposée dans au moins un canal d'éventement (4') et tend à réduire la hauteur de ce canal d'éventement (4') dans le sens de l'écoulement du fluide.
6. Cartouche (1) d'analyse selon l'une des revendications précédentes comprenant au moins une chambre d'incubation fluidiquement disposée en amont de la chambre d'analyse (5) d'une voie d'analyse.
7. Cartouche (1) d'analyse selon la revendication précédente dans laquelle la chambre d'analyse (5) et/ou la chambre d'incubation comprend au moins un réactif.
8.Cartouche (1) d'analyse selon la revendication précédente dans laquelle le au moins un réactif comprend des marqueurs photoluminescents, et le capot supérieur (7), au moins pour la partie qui surplombe les chambres d'analyse (5), est formé d'une matière transparente dans la gamme des longueurs d'onde des marqueurs photoluminescents.
9.Cartouche (1) d'analyse selon l'une des revendications 6 à
8 dans laquelle le capot supérieur (7) présente une partie au moins d'une surface extérieure optiquement polie.
8 dans laquelle le capot supérieur (7) présente une partie au moins d'une surface extérieure optiquement polie.
10. Cartouche (1) d'analyse selon l'une des revendications précédentes dans laquelle l'ouverture (2) est surmontée d'un réservoir (2') et les évents (3) sont respectivement surmontés de parois périphériques présentant une hauteur au moins égale à une hauteur du réservoir (2').
11. Cartouche (1) d'analyse selon l'une des revendications précédentes dans laquelle le film intercalaire (6d) est un film adhésif, avantageusement un film adhésif double face.
12. Cartouche (1) d'analyse selon l'une des revendications précédentes dans laquelle la couche magnétique (6b) comprend des régions polarisées magnétiquement définissant un motif de détection déterminé.
13. Procédé de fabrication d'une cartouche (1) selon l'une des revendications précédentes comprenant la fourniture du support (6) et du capot supérieur (7) et l'assemblage du support (6) au capot supérieur (7) en mettant en vis-à-vis leurs surfaces principales respectives et ainsi former les parois se faisant face qui définissent les canaux (4, 4').
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