CH621872A5

CH621872A5 -

Info

Publication number: CH621872A5
Application number: CH211678A
Authority: CH
Inventors: Jack L Hoffa; Robert A Ray
Original assignee: Beckman Instruments Inc
Priority date: 1977-02-28
Filing date: 1978-02-27
Publication date: 1981-02-27
Also published as: FR2382008A1; DE2808378C2; DK90978A; CA1091560A; DK150787B; US4086061A; SE7802268L; SE436698B; DE2808378A1; BE864338A; DK150787C; GB1554537A; FR2382008B1

Description

La présente invention concerne l'appareil selon le préambule de la revendication 1. Cet appareil est particulièrement destiné à l'analyse de prélèvements biologiques, tels que le sang ou l'urine, qui sont mis en présence de volumes reproductibles d'un réactif approprié à une température prédéterminée.

Le brevet des EUA N° 3858771 décrit un appareil d'analyse chimique pour le dosage du glucose dans le sang, l'urine ou un autre liquide physiologique dont un échantillon est introduit dans une cellule de réaction contenant déjà un réactif approprié, tel qu'une glucoseoxydase. L'appareil mesure la variation de la concentration en oxygène, qui est représentative de la teneur en glucose de l'échantillon.

Le brevet des EUA N° 3701716 décrit un système semi-automatique pour effectuer la même analyse. Dans ce système, un volume déterminé de réactif est rapidement transféré d'un réservoir dans la cellule de réaction, puis l'échantillon à analyser est ensuite introduit dans la cellule. Après chaque analyse, la cellule est complètement purgée avant de recevoir une nouvelle dose de réactif.

En pratique, une dose de réactif de l'ordre de 1 ml est d'abord introduite dans la cellule de réaction, puis une quantité sensiblement plus faible, de l'ordre de la dizaine de microlitres, de l'échantillon à analyser, est injectée dans la cellule au moyen d'une pipette ou d'un instrument analogue. Les mesures étant influencées par la température, l'analyse doit se faire dans un milieu à température sensiblement constante. Ainsi, lorsqu'on veut analyser des prélèvements de liquides physiologiques, la température de la cellule de réaction doit être maintenue au voisinage de celle du corps humain, soit 37° C. Il est donc préférable d'utiliser un système de thermorégulation capable de stabiliser efficacement la température de la cellule de réaction et de la dose de réactif avant l'introduction de l'échantillon à analyser.

Plusieurs systèmes de thermorégulation ont été utilisés sur les appareils d'analyse du type décrit. Une solution consiste à placer l'appareil entier dans une enceinte à température régulée, de façon que la chambre de réaction, le réservoir de réactif, les tuyauteries reliant le réservoir à la chambre, et tous les autres composants de l'appareil baignent dans une atmosphère à température constante. La régulation thermique de cette atmosphère est assurée par des éléments chauffants commandés par des capteurs thermométriques. Cette solution présente un certain nombre d'inconvénients. En premier lieu, le volume de l'enceinte est important, de sorte que la réponse thermique du système est relativement lente et qu'il est difficile d'assurer une bonne homogénéité de sa température interne. De plus, les parois de l'enceinte doivent être convenablement isolées et le fait d'ouvrir une porte donnant accès à la chambre de réaction ou à d'autres composants du système perturbe pour un temps l'équilibre des températures. Enfin, certains réactifs s'altèrent rapidement lorsqu'ils sont maintenus pendant des périodes prolongées à une température élevée, ce qui est le cas lorsque le réservoir est placé dans l'enceinte isotherme.

Une seconde solution consiste à utiliser deux moyens de chauffage séparés, l'un pour maintenir la chambre de réaction à la température désirée, l'autre pour préchauffer le réactif dans la tuyauterie qui l'amène à la chambre. Bien que cette méthode supprime les inconvénients de l'enceinte thermorégulée, elle nécessite deux moyens de chauffage avec des systèmes de régulation séparés, d'où une certaine complexité. De plus, le moyen de préchauffage n'étant pas adjacent à la cellule de réaction, le réactif peut subir un certain refroidissement avant d'arriver à la chambre. En pareil cas, c'est le système de régulation de la chambre qui doit rétablir l'équilibre thermique après l'introduction du réactif, d'où la nécessité de prévoir un délai de stabilisation avant l'introduction de l'échantillon dans la cellule de réaction. La productivité de l'appareil d'analyse est donc amoindrie.

La présente invention remédie aux inconvénients précités grâce au perfectionnement selon la partie caractérisante de la revendication 1.

Les dessins annexés représentent à titre d'exemple un mode de réalisation de l'objet de l'invention.

La fig. 1 est un schéma d'ensemble de l'appareil, la cellule de réaction étant représentée en coupe verticale.

La fig. 2 est une vue en perspective de la cellule de réaction de la fig. 1, dont une partie est découpée pour permettre de voir l'élément chauffant, entouré de la tuyauterie d'introduction du réactif.

L'appareil illustré par la fig. 1 comprend une cellule de réaction 10 posée sur un plateau à rebord 15 qui est lui-même monté sur un support 17 isolant de la chaleur. Le corps de la cellule 10 comprend un cylindre isolant 14, qui délimite intérieurement une chambre de réaction 12 cylindrique à axe vertical, et une chemise extérieure 16 étroitement ajustée autour du cylindre intérieur 14. Les parois de la chambre de réaction 12 doivent être électriquement isolantes et chimiquement inertes vis-à-vis des composés réactifs. On peut, par exemple, utiliser une matière plastique isolante et hydrophobe telle que le polytétrafluoréthylène, le polychlorotrifluoréthylène ou le polypropylène. La chemise 16 doit être en une matière bonne conductrice de la chaleur pour établir un gradient thermique aussi constant que possible en tous s

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points de la cellule de réaction 12. On peut avantageusement utiliser un métal tel que l'aluminium. En variante, on pourrait utiliser une cellule de réaction entièrement en métal, mais revêtue intérieurement de l'une des matières isolantes précitées, ou une cellule de réaction conductrice de la chaleur, mais électriquement isolante.

L'extrémité supérieure de la chambre de réaction 12 est ouverte pour que l'on puisse introduire l'échantillon à analyser (sang, urine, etc.) à l'aide d'une pipette ou d'un instrument analogue. Le fond de la chambre de réaction est conique vers le bas et converge vers un passage vertical 18. Un passage d'entrée 20 et un passage de sortie 22, percés dans un plan sensiblement horizontal, communiquent avec le passage vertical 18. Comme on le verra dans la suite, le réactif 24, par exemple de la glucoseoxydase, est introduit dans la chambre de réaction 12 par les passages 20 et 18 et, après l'analyse, le contenu de la chambre de réaction est vidé par les passages 18 et 22.

Un capteur d'analyse 26 est monté dans un trou latéral 24 de la cellule de réaction 10, de manière que son élément sensible dépasse à l'intérieur de la chambre de réaction 12. Pour mesurer la teneur en glucose d'un échantillon, le capteur 26 peut être un détecteur d'oxygène polarographique de type classique, dont l'emploi est décrit dans les brevets des EUA Nos 3857171 et 3701716. Un agitateur rotatif 28 disposé dans le bas de la chambre de réaction 12 est entraîné par un aimant tournant 30 qui est disposé sous le fond de la chambre. Ce type d'agitateur à entraînement magnétique est décrit dans le brevet des EUA N° 3591309.

Une tuyauterie 32 relie le passage d'entrée 20 du bas de la cellule de réaction 10 à un réservoir de réactif 34. Une pompe 36, de préférence de type péristaltique, fait circuler le réactif du réservoir 34 dans la tuyauterie 32 pour l'introduire dans la chambre de réaction 12 par les passages 20 et 18. La tuyauterie 32 est de préférence un tube souple en une matière chimiquement inerte, telle que le polytétrafluoréthylène. L'une des extrémités de la tuyauterie 32 est fixée à la pompe péristaltique 36, et son extrémité opposée se raccorde au passage d'entrée 20 par un manchon fileté 40, qui se visse dans un trou horizontal 38 de la paroi de la cellule. Pour assurer l'étanchéité, l'extrémité du tube 32 est évasée, de façon à former un collet 42 qui est comprimé autour du passage 20 par l'extrémité intérieure du manchon vissé 40.

Pour assurer un dosage précis du réactif 24 introduit dans la chambre 12, un trou 44 est percé horizontalement à travers la paroi de la cellule 10 et sert de trop-plein de réactif. Le trop-plein 44 communique avec une tuyauterie 46 qui aboutit à un collecteur de produits usés 48. La tuyauterie 46 peut être un tube souple, comme la tuyauterie 32. La tuyauterie 46 est fixée au trop-plein 44 par un manchon 50 (identique au manchon 40) qui se visse dans un trou horizontal 52 de la paroi de la cellule. Une seconde pompe péristaltique 54 évacue le trop-plein de réactif de la cellule de réaction vers le collecteur de produits usés 48. Ainsi, si le volume de réactif 24 initialement introduit dans la chambre de réaction 12 dépasse le niveau du trop-plein 44 (ligne en tirets sur la fig. 1), l'excédent est évacué par la pompe 54 jusqu'à ce que le niveau atteigne la hauteur désirée, après quoi la pompe n'aspire plus que de l'air. La chambre de réaction 12 contient ainsi un volume prédéterminé de réactif à chaque cycle d'analyse.

Pour évacuer le contenu de la chambre 12 après l'analyse, une tuyauterie 56 relie le passage de sortie 22 au collecteur de produits usés 48. La tuyauterie 56 se raccorde au passage 22 par un dispositif à vis (non représenté) identique à ceux des tuyauteries 32 et 46. Une troisième pompe péristaltique 58 fait circuler le contenu de la chambre 12 dans la tuyauterie 56.

La cellule de réaction 10 comporte un ensemble qui permet de réguler sa température et de préchauffer le réactif avant son introduction dans la chambre de réaction 12. Cet ensemble se compose d'un élément chauffant 60, d'un capteur thermométrique 62 et d'un circuit de commande 64. Le circuit de commande est relié à l'élément chauffant 60 par une paire de lignes 66 et au capteur 62 par une paire de lignes 68.

La chemise extérieure 16 de la cellule comporte à sa partie supérieure un évidement annulaire 70 formant une surface cylindrique intérieure 72. Comme on peut le voir sur la coupe de la fig. 1, la partie supérieure de la chemise 16 a la forme d'une bobine. L'élément chauffant 60 est un fil résistif, par exemple de nichrome, qui est enroulé plusieurs fois sur la surface cylindrique 72 dans l'évidement 70. Une feuille isolante 73 (fig. 2) isole le fil chauffant du corps d'aluminium de la chemise 16. La surface 72 est, en outre, évidée en 74 pour recevoir le capteur thermométrique 62 disposé entre l'élément chauffant 60 et la chambre de réaction 12. En service, la chaleur dégagée par l'élément chauffant 60 est distribuée par la chemise 16 sur toute la longueur de la cellule de réaction 10 dont la température est détectée par le capteur thermométrique 62. Le circuit de commande 64 alimente l'élément chauffant 60 en fonction du signal de température fourni par le capteur 62, l'ensemble constituant une boucle d'asservissement qui permet de maintenir une température constante de la cellule.

Le tube souple 32, dans lequel circule le réactif à distribuer à la chambre de réaction 12, est enroulé plusieurs fois dans la partie évidée 70 sur l'élément chauffant 60, comme illustré sur les figures. Le tube 32 est de préférence noyé dans une résine époxy 76, chargée de poudre d'aluminium qui remplit les interstices entre les spires de tube, comme illustré sur la fig. 2. Par ce moyen, l'élément chauffant 60, en même temps qu'il cède de la chaleur à la cellule de réaction, chauffe le tube 32 et le réactif qu'il contient. Ainsi, avant d'être pompé dans la chambre de réaction 12, le réactif 24 est préchauffé à une température proche de la température de réaction.

Dans un mode de réalisation préféré où une dose de réactif de l'ordre de 1 ml est introduit dans la chambre de réaction 12 à chaque cycle, le tube souple 32 peut avoir un diamètre intérieur de 1 mm et un diamètre extérieur de 1,9 mm. Le nombre de spires que fait le tube 32 dans l'évidement 70 correspond à un volume intérieur du tube au moins égal à la quantité de réactif à injecter.

En service, la cellule de réaction 10 étant initialement vide, la pompe péristaltique 36 est actionnée pour introduire dans la chambre 12 une quantité de réactif légèrement supérieure à celle qui correspond au niveau du trop-plein 44. On notera que ce réactif a été chauffé par son séjour dans le serpentin de la tuyauterie 32 qui est en contact avec l'élément chauffant 60. La pompe péristaltique 54 est ensuite actionnée pour éliminer l'excès de réactif par le trop-plein 44 pour corriger le niveau.

Lorsque la température de la cellule de réaction 10 et du réactif 24 est stabilisée, le processus d'analyse peut démarrer après la mise en marche de l'agitateur magnétique 28. Un volume prédéterminé d'échantillon est injecté par le haut dans la chambre de réaction 12 où se trouve le réactif 24. La réaction est détectée par le capteur 26 qui fournit une mesure relative au prélèvement analysé. Dès que l'analyse est terminée, la pompe péristaltique 58 est mise en marche pour vider la chambre de réaction. En pratique, la chambre peut être remplie et vidée plusieurs fois avec du réactif ou une solution de rinçage appropriée pour éliminer toute trace de l'échantillon précédent. Le cycle est ensuite répété pour le prochain échantillon à analyser. Comme précédemment, la dose de réactif introduite dans la chambre a été préchauffée dans le serpentin de la tuyauterie 32 pendant le déroulement du processus d'analyse de l'échantillon précédent. Dans un appareil ayant les caractéristiques décrites ci-dessus, un volume de 1 ml de réactif peut être porté d'une température ambiante d'environ 20° C à la température de réaction de 37° C en Vi mn dans le serpentin de préchauffage de la tuyauterie 32.

La description précédente montre à l'évidence que le système de thermorégulation décrit permet de stabiliser à l'aide d'un seul élément chauffant la température d'une cellule de réaction chimique et d'un réactif avant son introduction dans la chambre de

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réaction. Cette solution ne nécessite ni enceinte à température contrôlée ni deux systèmes de régulation séparés pour la cellule de réaction et pour le préchauffage du composé réactif. On peut même réfrigérer le réservoir 34 pour éviter une dégradation du réactif avant l'emploi. Dans d'autres applications, l'appareil pourrait comporter, à la place ou en plus de l'élément chauffant 60, un élément réfrigérant, par exemple un dispositif thermoélectrique.

Dans l'application décrite, le capteur 26 était un détecteur d'oxygène polarographique du type utilisé dans les brevets précités. On pourrait aussi utiliser, à la place ou en plus de ce capteur d'oxygène, d'autres moyens de détection tels que des capteurs électrochimiques ou des électrodes de mesure de conductivité

électrolytique montées directement dans la partie de la chambre 12 qui contient le réactif. Dans d'autres applications, les parois de la cellule de réaction pourraient être transparentes pour permettre une détection optique d'absorption lumineuse, de 5 diffusion, de fluorescence, etc. En fait, le type de capteur utilisé dépend essentiellement du type d'analyse à effectuer et de la nature de la réaction chimique. Dans tous les cas, quel que soit le type de capteur utilisé, on peut distribuer des volumes prédéterminés de réactif à des températures contrôlées dans une cellule qui io est elle-même thermorégulée. Une autre variante possible concerne le trop-plein 44 qui pourrait être remplacé par un tube vertical dont l'extrémité supérieure ouverte détermine le niveau désiré.

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1 feuille dessins

Claims

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1. Appareil pour effectuer une réaction chimique, comprenant une cellule de réaction (10) ayant une chambre (12) dans laquelle sont introduits des composés que l'on veut faire réagir à une température prédéterminée, un passage d'entrée (20,18) communiquant avec ladite chambre, un réservoir (34) pour emmagasiner un composé réactif à une température différente de ladite tempé-rautre prédéterminée, et une tuyauterie (32) amenant le composé réactif du réservoir à la chambre, ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend également un élément chauffant ou de refroidissement (60) agissant sur au moins une partie (72) de la chambre de réaction et sur une partie de la tuyauterie pour échanger de la chaleur avec la chambre et son contenu éventuel et avec ladite partie de la tuyauterie et la quantité de réactif qui s'y trouve, l'élément chauffant ou de refroidissement et ladite partie de la tuyauterie étant disposés autour de ladite partie de la cellule de réaction, un moyen de pompage (36) faisant circuler le composé réactif dans la tuyauterie, vers la chambre, de façon que le composé séjourne dans ladite partie de la tuyauterie pendant un temps suffisant pour que sa température soit voisine de celle de la chambre avant qu'il y soit introduit.

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un capteur thermométrique (62) est monté à proximité de la chambre de l'élément chauffant ou de refroidissement et de ladite partie de la tuyauterie pour commander le fonctionnement de l'élément.

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REVENDICATIONS

3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cellule de réaction comprend un bloc (16) contenant la chambre de réaction sensiblement verticale et ayant un évidement (70) autour de ladite chambre, le fond de l'évidement formant une surface cylindrique (72) tournée vers l'extérieur, l'élément chauffant ou de refroidissement étant disposé contre ladite surface cylindrique, ladite partie de la tuyauterie étant enroulée autour de la surface cylindrique et autour de l'élément chauffant ou de refroidissement.

4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre est une cavité sensiblement verticale et en ce qu'un trou de trop-plein (44) est percé dans la paroi de la chambre à un niveau entre le fond et le sommet de la chambre, ledit trou étant relié à une pompe (54) destinée à évacuer l'excès de liquide pour rétablir le niveau normal défini par le trop-plein, de façon qu'à chaque opération, un volume prédéterminé et reproductible de réactif soit introduit dans la chambre de réaction.