CH625883A5

CH625883A5 -

Info

Publication number: CH625883A5
Application number: CH1277478A
Authority: CH
Inventors: Pedro P Cabrera; Robert T Duncan
Original assignee: Coulter Electronics
Priority date: 1977-12-15
Filing date: 1978-12-15
Publication date: 1981-10-15
Also published as: ES476025A1; FR2411628B1; JPS6048222B2; ZA787039B; DE2854304C2; GB2010110B; DE2854304A1; CA1125740A; US4136970A; JPS5491860A; GB2010110A; AU4249578A; AU507573B2; FR2411628A1

Description

La présente invention tend à réduire le problème du mélange par bulles en fournissant un procédé et un appareil dans lequel la production des bulles mélangeuses soit mieux réglée et ne nécessite pas d'être réglée aussi fréquemment par l'opérateur de l'appareil d'analyse. Lorsqu'un réglage est nécessaire, il peut être accompli mieux et plus rapidement qu'avec les soupapes à aiguilles utilisées jusqu'à présent.

Tel qu'employé ici, le terme «gaz» définit la substance préférée pour la réalisation des bulles mélangeuses. D'autres substances tombant sous les termes génériques de «fluides» et de «liquides» peuvent également être employées si ces substances sont moins denses que l'échantillon qui est généralement une solution saline dans lequel les cellules sanguines sont en suspension. La différence en densité permet aux bulles de circuler et d'effectuer l'action mélangeuse. Cependant, la substance des bulles doit ne pas contaminer l'échantillon.

Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention.

La fig. 1 est un schéma-bloc simplifié expliquant le fonctionnement et l'emploi de l'invention, et la fig. 2 est un schéma-bloc simplifié d'une forme d'exécution préférée de l'objet de l'invention destinée à fournir des bulles à un récipient d'analyse.

La fig. 1 représente un récipient pour échantillon 10 contenant un échantillon liquide 12 qui doit être mélangé par des bulles, telles les grandes bulles 14, qui se déplacent relativement rapidement à partir d'un orifice d'entrée 16 ménagé au fond du récipient. Une source de gaz sous pression 18 fournit le gaz à travers une soupape 20, le long de conduits 22 et 23, pour parvenir à l'orifice 16. Les conduits 22 et 23 sont normalement pleins de gaz mais la soupape 20 est normalement fermée de sorte que le gaz provenant de la source 18 ne se déplace pas dans le conduit 23 et dans l'orifice d'entrée 16 dans le récipient 10 contenant l'échantillon. Un régulateur 24 a sa sortie reliée par une ligne de commande 26 à une entrée de commande 28 de la soupape 20. Le régulateur comporte des moyens de réglage distincts tels que des boutons de réglage fin 30 et 32. Les moyens de réglage 30 contrôlent la fréquence de l'injection de quantités discrètes de gaz dans le récipient contenant l'échantillon au moyen desquelles les bulles sont formées. Les moyens de réglage 32 contrôlent la dimension des bulles d'une façon qui sera décrite plus loin.

Le régulateur 24 sert à commander l'ouverture et la fermeture de la soupape 20. Lorsque la soupape est ouverte, le gaz provenant de la source 18 passe par les conduits 22 et 23 et parvient dans le récipient 10 en traversant l'orifice 16. La soupape est maintenue ouverte pendant un temps très court, juste suffisant pour permettre à une quantité suffisante de gaz de passer par le conduit 23 pour former, dans le récipient, une bulle discrète de grande dimension 14. La soupape est rapidement fermée par le régulateur et est maintenue fermée jusqu'à ce que la partie de commande de la fréquence du régulateur signale sa prochaine ouverture. Chaque brève période pendant laquelle la soupape est ouverte détermine chaque quantité discrète du gaz qui est injectée dans le récipient 10.

Plus la soupape reste longtemps ouverte, plus grande est la quantité discrète de gaz et, dans une certaine limite, plus grande est la bulle qui sera ainsi formée. Cependant, si la soupape est maintenue ouverte trop longtemps, la quantité de gaz sera telle que, lors de son injection dans le récipient d'échantillon, les forces qui produisent normalement la formation d'une seule bulle agissent pour rompre la quantité de gaz et former plus d'une bulle. Une telle rupture n'est pas désirable puisqu'elle a pour conséquence la formation de bulles ayant la dimension de très petites cellules sanguines. Cependant si la bulle est trop grande lorsqu'elle monte vers le sommet du liquide d'échantillon 12 et qu'elle éclate, la force de son éclatement produit la formation de très petites bulles, indésirables.

Ainsi, il est à remarquer que le but n'est pas de maximiser la dimension des bulles mélangeuses mais d'optimiser leur dimension de telle façon qu'elles soient assez grandes pour produire le mélange mais que, en même temps, elles ne soient pas suffisamment grandes pour former des petites bulles indésirables. Du fait que la formation de chaque bulle 14 est accompagnée, même si elle est optimisée, de la formation de quelques petites bulles indésirables, il est nécessaire de régler le nombre des grandes bulles 14 de façon qu'il soit aussi faible que possible pour accomplir l'action mélangeuse désirée dans le récipient 10. En utilisant des moyens de contrôle 30 et 32 de la dimension et de la fréquence qui sont indépendants, on peut obtenir l'action mélangeuse désirée avec un minimum de très petites bulles. Un tel réglage peut être effectué en usine et n'a pas à être réalisé par l'opérateur de l'appareil d'analyse de particules comme c'était le cas précédemment.

Si on se rapporte au schéma de la fig. 2, dans lequel les éléments se trouvant également dans la fig. 1 portent les

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mêmes chiffres de référence, on voit que le récipient contenant l'échantillon 10 est représenté comme étant un récipient d'appareil analyseur de particules ou «bain», similaire, de façon générale, à celui décrit dans les brëvets Nos 3 567 321 et 4 014 611. Du fait de la qualité du mélange obtenu par la présente invention, la production de bulles peut être réalisée dans le récipient d'analyse plutôt que dans un récipient mélangeur distinct comme indiqué dans les brevets Nos 3 549 994 et 3 588 053. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'utilisation d'un récipient d'analyse de particules ou même d'un appareil d'analyse de particules. Outre l'orifice d'entrée 16 du gaz, le récipient 10 est muni d'orifices 34,36 et 38 pour des liquides d'échantillon et de diluant et pour le drainage du récipient. La partie inférieure du récipient est, intérieurement, en forme de passage allongé 40, avec un profil extérieur en ligne courbe se déplaçant vers le haut à partir de l'orifice d'entrée du gaz 16. Le passage est de forme similaire à celui décrit dans le brevet No 3 567 321 mais sert à un but différent. Dans le cas du brevet No 3 567 321, l'échantillon était introduit au fond du récipient et le profil courbe du passage produisait le flux non turbulent du liquide d'échantillon vers le haut dans le récipient de telle manière qu'il n'y ait pas de turbulence formant des bulles et d'action mélangeuse. Dans le fonctionnement selon la présente invention, le profil curviligne a un angle total inscrit d'environ 140 et permet à la quantité de gaz discrète injectée de se déplacer laminairement vers le haut tout en conservant sa forme unitaire lorsqu'il forme une bulle plutôt que de se rompre en plus d'une bulle comme cela serait le cas si l'angle inscrit était sensiblement plus grand, par exemple dans le cas de la forme des récipients d'analyse décrits dans le brevet No 3 549 994. De même, si le passage 40 était de section sensiblement uniforme, comme représenté dans le brevet No 3 588 053, l'entrée de la quantité de gaz à partir du sommet du passage dans l'ouverture évasée au voisinage du fond du récipient serait si abrupte que chaque quantité de gaz se romperait en plusieurs petites bulles mélangeuses et en un grand nombre de très petites bulles de dimension indésirable.

Une forme d'exécution préférée de la soupape 20 est une soupape à solénoïde telle que représentée à la fig. 2. Une soupape de ce type se trouvant sur le marché a été reconnue comme fonctionnant de façon satisfaisante et est constituée par la soupape connue sous le nom de Electronic-Valve EV-2-24 fabriquée par Clippard Instrument Laboratory,

Inc., à Cincinnati, Ohio (USA).

La source de gaz 18 peut être de tout type à basse pression ou autre. Une source 5 psi convient pour les buts de l'invention. Il est à nouveau à remarquer que le terme de «air» et de «gaz» n'est pas limitatif et que de nombreuses autres formes de fluides, comprenant les liquides, peuvent être utilisées comme substances à injecter sous forme de doses discrètes dans le récipient pour la formation des bulles mélangeuses. Aussi longtemps que les doses de substance injectée forment des bulles mobiles de la dimension désirée et ne diffusent pas ou ne se mélangent pas d'une autre manière avec l'échantillon à analyser pour contaminer celui-ci, le choix de la substance formant les bulles n'est pas critique.

Le régulateur 24 peut être réalisé de différentes manières. En fait, le régulateur 24 et la soupape 20 n'ont pas obligatoirement à être distincts ni même à être électriques comme dans la forme d'exécution préférée décrite ci-après. Un assemblage qui réaliserait les fonctions de la soupape 20 et du régulateur 24 est compris dans la portée de l'invention. Par exemple, une pompe péristaltique ou autre, des dispositifs de métrage, pourraient être utilisés seuls ou avec d'autres dispositifs bien connus pour injecter des doses prédéterminées discrètes de substance à une cadence réglée pour former les bulles mélangeuses dans le récipient.

La forme du régulateur 24 représenté à la fig. 2 comprend deux éléments temporisateurs 42 et 44. L'élément 42 est destiné à être relié aux composants adjacents 30,46-54, à des lignes et à une source de tension 56 pour définir un multivibrateur astable. L'élément temporisateur 44 est destiné à être relié aux composants adjacents 32,58-62, à des lignes et à une source de tout courant 64 pour.définir un circuit à un coup. Ces deux éléments de temporisation peuvent être obtenus au moyen de deux circuits appartenant aux mêmes circuits intégrés, un temporisateur NE555T fabriqué par Signetics Corporation, Sunnyvale, Californie (USA). Bien entendu d'autres formes de multivibrateurs astables et de circuits à un coup peuvent être utilisés. Les broches 1 à 8 illustrées sont celles désignées parle fabricant.

Une entrée d'activation 66 est reliée aux broches d'entrée dites de retour à zéro 4 des deux temporisateurs. Le signal d'entrée de commande sur l'entrée d'activation 66 sera un signal à faible niveau ou à niveau de masse. De ce fait les lignes 68 et 70 conduisant aux broches respectives 4 sont inversées, comme illustré. La sortie du multivibrateur 42 est amenée à la broche 3 et est appliquée, par une ligne 72, à la broche 2 formant l'entrée de commande du circuit à un coup 44. La résistance 50 détermine, en coopération avec la capacité 54, une durée de commande définie au dispositif 44. Les résistances 30,48 et 50 du multivibrateur coopèrent avec la capacité 54 pour former un circuit de temporisation RC et, du fait que la résistance 30 est variable, la fréquence des impulsions peut être réglée à partir du multivibrateur. De façon similaire, la résistance variable 32, la résistance 58 et la capacité 60 forment un circuit de temporisation réglable RC pour régler la durée des impulsions à un coup qui sont les signaux de sortie provenant de la broche 3 du circuit à un coup, conduisant à la ligne 74. Du fait qu'il y a une entrée de commande commune sur les broches 4 et que la sortie de fréquence variable provenant du multivibrateur commande l'entrée du coup de durée variable, les sorties d'impulsion sur la ligne 74 sont réglables de façon indépendente comme la durée et la fréquence. Les sorties d'impulsion sur la ligne 74 sont appliquées à un inverseur 76 dont la sortie est constituée par la ligne de commande 26 qui est reliée à l'entrée de commande 28 de la soupape à solénoïde 20. Une diode 78 protectrice de circuit est également reliée à la ligne 26. Chaque impulsion sur la ligne de sortie de temporisation 74 ouvre la soupape à solénoïde normalement fermée pour la durée de l'impulsion et relie ainsi la source de gaz 18 à l'orifice d'entrée 16 pour cette durée de sorte qu'une quantité discrète de gaz est injectée dans le récipient 10 pour former une bulle mélangeuse 14. Les durées des impulsions de 20 millisecondes et une fréquence d'impulsion de 2 à la seconde pour 7 secondes ont assuré des bulles mélangeuses particulièrement favorables ayant une action mélangeuse suffisante sans produire de turbulence et qui ne produisent que peu de bulles microscopiques indésirables. Des bulles d'au moins 1/2 cm3 sont formées, qui ont un diamètre équivalent d'au moins un cm. Cette dimension est mille fois supérieure à celle des bulles ayant un diamètre de 1000 microns produites précédemment et au moins 370 fois supérieure, en volume, aux bulles de diamètre de 3000 microns mentionnées dans le brevet USA No 3 588 053. Les espaces entre les quantités de gaz sont également déterminés par le circuit de temporisation et par la soupape à solénoïde.

Ainsi, les buts de l'invention sont atteints.

La liste des composants et leur valeur pour les éléments du régulateur peut être établie comme suit:

Résistance 30 lOOKohms résistance 32 50K ohms résistance 46 4,7K ohms résistance 48 47K ohms

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REVENDICATIONS

1. Procédé pour produire des bulles utilisables pour assurer le mélange d'un échantillon de liquides dans un récipient, caractérisé par le fait qu'on définit des doses discrètes de substance ayant une densité inférieure à la densité de l'échantillon et injecte lesdites doses séparément, à des intervalles de temps, dans le récipient, au voisinage de son fond, ladite définition et ladite injection étant co-actives de telle manière que chaque dose distincte forme une bulle de substance qui circule dans l'échantillon contenu dans le récipient et qui, lors de son déplacement, mélange l'échantillon sans turbulence.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le fait de définir comporte le réglage du volume de chaque dose de substance.
3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le réglage a pour effet que chaque dose de substance est sensiblement égale en volume.
4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1

à 3, caractérisé par le fait que le volume de chaque dose résulte dans la production d'une bulle d'un volume de l'ordre d'un demi cm3.
5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le fait de définir est accompli en réglant l'ouverture et la fermeture d'une soupape à travers laquelle passe la dose de la substance lorsqu'elle est ouverte.
6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que le réglage est réalisé en produisant des impulsions de temporisation et en appliquant ces impulsions de temporisation à ladite soupape, chaque impulsion de temporisation appliquée définissant la durée pendant laquelle la soupape est ouverte et définissant ainsi le volume de la dose de substance.
7. Procédé suivant le revendication 6, caractérisé par le fait que la durée de chaque impulsion de temporisation est d'environ 20 millisecondes.
8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la substance est un liquide.
9. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la substance est de l'air sous pression.
10. Procédé suivant l'une quelconque des revendications

1 à 9 dans lequel l'injection est réalisé en établissant une pression différentielle entre l'échantillon dans le récipient et les doses discrètes de substance, caractérisé par le fait que la valeur de ladite pression différentielle est suffisamment faible pour que chaque dose de substance pénètre dans le récipient et forme une bulle relativement grande plutôt que plus d'ime bulle.
11. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 àlO, caractérisé par le fait que ladite injection à des temps espacés est réalisée en commandant périodiquement l'ouverture des moyens de commande de la soupape pour permettre à la substance d'être injectée dans le récipient.
12. Procédé suivant la revendication 11, caractérisé par le fait que cette commande s'effectue à une fréquence de

2 à la seconde.
13. Appareil pour la mise en œuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens (24) pour définir des doses discrètes (14) d'une substance (18) ayant une densité inférieure à la densité de l'échantillon (12) et des moyens (20) pour injecter lesdites doses (14) séparément, à des intervalles de temps, dans le récipient (10), au voisinage du fond (16) de celui-ci, lesdits moyens de définition (24) et d'injection (20) étant coactifs (26,28) de telle manière que chaque dose distincte forme une bulle (14) de la substance qui circule dans l'échantillon contenu dans le récipient, cette circulation assurant le mélange de l'échantillon sans turbulence.
14. Appareil suivant la revendication 13, caractérisé par le fait que lesdits moyens de définition (24) comportent des moyens (44) pour régler le volume de chaque dose de substance de façon que ces volumes soient sensiblement égaux.
15. Appareil suivant l'une ou l'autre des revendications 13 et 14, caractérisé par le fait que lesdits moyens de définition (24) comprennent des moyens (42,44) pour régler l'ouverture et la fermeture d'une soupape (20) à travers laquelle la substance passe lors de sa marche vers le récipient, le volume de substance passant dans ladite soupape lorsqu'elle est ouverte constituant ladite dose de substance.
16. Appareil suivant la revendication 15, caractérisé par le fait que lesdits moyens de réglage de la soupape comportent des moyens (42,44) pour produire des impulsions de temporisation envoyées à la soupape pour produire l'ouverture de celle-ci.
17. Appareil suivant la revendication 16, dans lequel la soupape est une soupape à solénoïde (20), caractérisé par le fait que la durée des impulsions de temporisation correspond à la durée pendant laquelle la soupape est ouverte.
18. Appareil suivant l'une quelconque des revendications

15 à 17, caractérisé par le fait que lesdits moyens pour produire des impulsions de temporisation comprennent des moyens (42,44) pour établir au moins un, mais de préférence deux, des facteurs constitués par la durée de chaque impulsion de temporisation et par la fréquence d'une série de telles impulsions.
19. Appareil suivant l'une quelconque des revendications

16 à 18, caractérisé par le fait que les moyens générateurs des impulsions de temporisation comprennent un multivibrateur astable (42) ayant sa sortie (72) reliée à l'entrée de commande d'un circuit à un coup (44) aux sorties duquel apparaissent les impulsions de temporisation.
20. Appareil suivant la revendication 19, caractérisé par le fait que le multivibrateur astable (42) comprend des moyens (30,48,50,54) pour régler la fréquence des impulsions de temporisation, le circuit à un coup (44) comprenant des moyens (32,58,60) pour régler la durée des impulsions de temporisation, ces moyens de réglage de la fréquence et de la durée étant actionnables indépendamment les uns des autres.
21. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 13 à 20, caractérisé par le fait que ledit récipient (10) est un récipient d'analyse d'un appareil d'analyse de particules microscopiques, ce récipient ayant une partie inférieure qui comprend un passage allongé (40) dans lequel les doses dicrètes de substance doivent être injectées, ce perçage ayant un profil courbe qui a pour effet que sa section augmente graduellement dans la direction vers le haut.

L'utilisation de bulles de gaz pour mélanger les contenus d'un récipient à échantillon est bien connue. Les brevets USA Nos. 3 549 994 et 3 588 053 décrivent tous deux l'emploi de telles bulles pour le mélange d'échantillons biologiques. L'échantillon contient des particules microscopiques qui doivent être analysées par un passage de l'échantillon mélangé dans un cheminement microscopique défini par une ouverture dans la paroi d'un récipient d'analyse. Les brevets USA Nos 3 567 321 et 4 014 611 décrivent des formes d'exécution de tels récipients d'analyse. Le procédé et l'appareil pour accomplir de telles analyses sont décrits dans les brevets USA Nos 2 656 508 et 3 259 842. Tous les brevets susmentionnées se rapportent à des procédés et à des appareils destinés à être utilisés dans un dispositif d'analyse de particules de COULTER. La marque «COULTER» est la marque déposée No 995 825, au nom de COULTER ELECTRONIC, INC., de Hialeah, en Floride.

Les brevets USA Nos 3 549 994 et 3 588 053, tout spéciale5

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ment le second, indiquent que le mélangeur à bulles doit être de grande dimension et ne doit pas produire de bulles microscopiques qui peuvent être prises, dans les appareils d'analyse, pour des particules microscopiques à analyser. De même, l'action de mélange due aux bulles ne doit pas être turbulente ce qui produirait également des bulles microscopiques. Selon ce qu'indiquent ces deux brevets et conformément aux dispositifs vendus dans le commerce depuis de nombreuses années, un flux continu de gaz est envoyé pour la durée du mélange par des soupapes et des éléments de commande, qui comprennent des soupapes à aiguilles, dans le récipient contenant l'échantillon. Le flux continu de gaz lorsqu'il pénètre dans le fond du récipient dans lequel est contenu l'échantillon se divise en parties qui forment des bulles relativement grandes. Le brevet USA No 3 588 053 indique que les bulles sont de l'ordre de 1000 à 3000 microns en diamètre. La soupape à aiguille règle la quantité de gaz pénétrant et peut ainsi contrôler l'effet de mélange, une quantité supérieure de gaz produisant plus de bulles par unité de temps, dans certaines limites. Un tel contrôle de la formation des bulles était satisfaisant mais nécessitait des réglages, par l'opérateur, de façon à maintenir une action mélangeuse suffisante mais non turbulente. Jusqu'à présent, le mélange au moyen de bulles dans un analyseur de particules du type de COULTER a été appliqué à des cellules sanguines, dont les plus petites sont les globules rouges ayant un volume typique de 90 microns cube, ce qui correspond à un diamètre de 5 microns et demi. Ainsi, les bulles mélangeuses et les très petites bulles produites par l'action mélangeuse, plus petites que 65 microns cube, dont le diamètre équivalent est de 5 microns, ne peuvent pas être confondues avec les globules rouges du sang et, en fait, sont exclues des circuits électroniques de seuil.

Cependant, la nécessité d'analyser des particules plus petites, telles que des plaquettes sanguines qui sont beaucoup plus petites que les globules rouges, a rendu nécessaire la réalisation d'un équipement d'analyse de particules plus sophistiqué ayant la capacité d'analyser des particules plus petites que précédemment, ce qui a également augmenté la sensibilité à la production de bulles très petites, indésirables, par le dispositif mélangeur décrit ci-dessus. Certes, la quantité de ces bulles très petites peut être réduite en réduisant le passage dans la soupape à aiguille pour produire moins de bulles de grande dimension, mais il en résulte une efficacité insuffisante dans l'action mélangeuse. Des tentatives de réduire le nombre des bulles mélangeuses et d'augmenter leur dimension pour obtenir une action mélangeuse adéquate à l'aide de soupapes à aiguilles n'ont pas rencontré de succès.