FR3005876A1

FR3005876A1 - DEVICE FOR REALIZING ROTATING ELECTROPHORESIS

Info

Publication number: FR3005876A1
Application number: FR1301210A
Authority: FR
Inventors: Christian Paul Sylvain Delvaux
Original assignee: COLL PART
Current assignee: COLL PART
Priority date: 2013-05-22
Filing date: 2013-05-22
Publication date: 2014-11-28

Abstract

La présente invention concerne un dispositif de séparation en continu de particules chargées en solution dans un liquide mis en rotation. Le dispositif est constitué d'un récipient en forme de cylindre avec tube central muni de faces intérieures conductrices, d'une alimentation électrique à contacts tournants, d'un système d'injection en continu du mélange de particules, d'un système d'extraction en continu des particules sélectionnées, d'un système de régulation du volume de liquide tournant par trop-plein et d'un système de mesure et d'asservissement du potentiel du mélange injecté. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à la ségrégation de produits pour l'industrie pharmaceutique ou l'industrie chimique.The present invention relates to a device for continuously separating charged particles in solution in a liquid that is rotated. The device consists of a cylinder-shaped container with central tube provided with conductive inner faces, a power supply with rotating contacts, a system for continuously injecting the mixture of particles, a system for continuous extraction of the selected particles, a system for regulating the volume of liquid rotating overflow and a system for measuring and controlling the potential of the injected mixture. The device according to the invention is particularly intended for the segregation of products for the pharmaceutical industry or the chemical industry.

Description

La présente invention concerne un dispositif de séparation en continu de particules chargées en solution dans un liquide. Le dispositif est constitué d'un récipient en forme de cylindre avec tube central muni de faces intérieures conductrices, d'une alimentation électrique à contacts tournants, d'un système d'injection en continu du mélange de particules, d'un système d'extraction en continu des particules sélectionnées, d'un système de régulation du volume de liquide tournant par trop-plein et d'un système de mesure et d'asservissement du potentiel du mélange injecté.The present invention relates to a device for the continuous separation of charged particles in solution in a liquid. The device consists of a cylinder-shaped container with central tube provided with conductive inner faces, a power supply with rotating contacts, a system for continuously injecting the mixture of particles, a system for continuous extraction of the selected particles, a system for regulating the volume of liquid rotating overflow and a system for measuring and controlling the potential of the injected mixture.

La rotation du récipient et son contrôle de vitesse sont obtenus par les techniques de motorisation usuelles. La séparation des particules est obtenue par la rotation du liquide et l'effet d'un champ électrique radial. La continuité de fonctionnement est assurée par un système de pompes d'injection et d'extraction des particules. Les techniques habituelles d'électrophorèse en veine liquide ou sur support se font, pour l'instant, sur les plaques rectangulaires plongées dans un champ électrique uniforme. Les analytes sont introduites sur un côté de la plaque et se déplacent vers le côté opposé sous l'effet dudit champ. La séparation de ces particules s'établit sur la distance rectiligne qu'elles parcourent dans un temps donné. Ces méthodes obligent à séquencer chaque séparation une fois les distances prévues atteintes et ne permettent qu'une ségrégation des particules par comparaison des longueurs de trajets parcourus entre elles. Enfin, leur reproductibilité est variable du fait de la sensibilité du milieu dans lequel les particules se déplacent aux conditions extérieures, notamment dans le cas d'une électrophorèse sur support où les interactions des particules avec le milieu peuvent être importantes.The rotation of the container and its speed control are obtained by the usual motorization techniques. The separation of the particles is obtained by the rotation of the liquid and the effect of a radial electric field. Continuity of operation is ensured by a system of injection pumps and extraction of particles. The usual techniques of electrophoresis in liquid vein or on support are, for the moment, on the rectangular plates immersed in a uniform electric field. The analytes are introduced on one side of the plate and move to the opposite side under the effect of said field. The separation of these particles is established on the rectilinear distance which they traverse in a given time. These methods make it necessary to sequence each separation once the expected distances have been reached and only allow segregation of the particles by comparison of the lengths of paths traveled between them. Finally, their reproducibility is variable because of the sensitivity of the medium in which the particles move to external conditions, especially in the case of a supported electrophoresis where the interactions of the particles with the medium can be important.

Les techniques usuelles de centrifugation demandent, pour sélectionner une particule donnée, d'effectuer des cycles de centrifugation successifs qui obligent à de nombreux transvasements ou, comme dans le cas de la centrifugation à l'équilibre, qui obligent à utiliser un solvant susceptible d'interagir avec le corps que l'on désire à sélectionner et qu'il faut ensuite éliminer.The usual centrifugation techniques require, in order to select a given particle, to carry out successive centrifugation cycles which force many transfers or, as in the case of equilibrium centrifugation, which require the use of a solvent capable of interact with the body that you want to select and then eliminate.

Enfin, pour minimiser la durée des cycles, ces techniques obligent à rechercher des vitesses de rotation importantes qui imposent de nombreuses précautions (équilibrage du balourd, blindage de la cuve, ...). La présente invention permet de remédier à ces inconvénients en associant les avantages des deux techniques en régime continu et dans des conditions d'emploi allégées. (FIG. 1) Elle soumet, selon une première caractéristique, les particules (P) à séparer à deux effets antagonistes : celui d'une force centrifuge (Fc) obtenue par la mise en rotation du liquide à la vitesse (0) et celui d'un champ électrique radial (E) exerçant sur les particules une force électrostatique (Fe). Le champ est orienté de façon à attirer les particules chargées au centre. La rotation du récipient ayant, elle, pour effet d'expulser les particules vers la périphérie. Dans le dessin de la figure 1, il est ainsi supposé centripète pour des particules chargées négativement. Les particules introduites en continu à mi-chemin du centre et de la périphérie (I) sont donc placées dans une situation analogue à celle d'une satellisation, le liquide les contenant formant une paraboloïde (Pa) de révolution atteignant sa hauteur maximale (H) contre le bord extérieur du récipient et la hauteur minimale (h0) contre le bord axial. Les particules les plus chargées relativement à leur masse sont attirées au centre (migration centripète), les moins chargées relativement à leur masse sont expulsées à la périphérie (migration centrifuge). Seules celles qui intéressent la séparation seront satellisées et récoltées en continu (R) sur une orbite intermédiaire (0). Le dispositif proposé définit, en deuxième caractéristique, les propriétés électriques du récipient rotatif (FIG. 2).Finally, to minimize the cycle time, these techniques require the search for high rotational speeds that require many precautions (unbalance balancing, shielding the tank, ...). The present invention overcomes these drawbacks by combining the advantages of the two techniques in continuous mode and in lightened conditions of use. (FIG 1) It submits, according to a first characteristic, the particles (P) to be separated to two antagonistic effects: that of a centrifugal force (Fc) obtained by rotating the liquid at the speed (0) and that a radial electric field (E) exerting on the particles an electrostatic force (Fe). The field is oriented to attract charged particles to the center. The rotation of the container having the effect of expelling the particles to the periphery. In the drawing of Figure 1, it is thus assumed to be centripetal for negatively charged particles. The particles introduced continuously midway between the center and the periphery (I) are therefore placed in a situation analogous to that of an orbit, the liquid containing them forming a paraboloid (Pa) of revolution reaching its maximum height (H). ) against the outer edge of the container and the minimum height (h0) against the axial edge. The most charged particles with respect to their mass are attracted to the center (centripetal migration), the least charged relative to their mass are expelled at the periphery (centrifugal migration). Only those that are relevant to the separation will be orbitalized and harvested continuously (R) in an intermediate orbit (0). The proposed device defines, in second characteristic, the electrical properties of the rotary container (FIG 2).

Le champ électrique radial est obtenu par une différence de potentiel créée entre deux surfaces conductrices cylindriques situées intérieurement au récipient, l'une à sa périphérie (1) et l'autre autour de son axe de rotation (2). Ces surfaces qui peuvent être continues ou alvéolées sont positionnées contre la face interne des bords du récipient de façon à être immergées partiellement ou totalement dans le liquide.The radial electric field is obtained by a potential difference created between two cylindrical conductive surfaces located internally to the container, one at its periphery (1) and the other around its axis of rotation (2). These surfaces which may be continuous or honeycombed are positioned against the inner face of the container edges so as to be partially or totally immersed in the liquid.

Deux autres bandes conductrices circulaires, dites bordures de contact, sont fixées sur la partie supérieure des bords du récipient. Ces bordures de contact, la bordure axiale (3) et la bordure périphérique (4), servent à établir un contact électrique tournant permanent. Elles peuvent être obtenues à partir d'un pliage des surfaces conductrices intérieures ou fabriquée séparément et assemblées à ces dernières de façon à assurer la continuité électrique du montage. Les surfaces conductrices intérieures et les bordures de contact peuvent être collées sur les bords du récipient tournant avec des colles du commerce choisies pour leur neutralité vis à vis des liquides contenus ou fixées mécaniquement de façon amovible ou permanente. Le contact électrique sur les bordures de contact est assuré par un ou plusieurs contacteurs du commerce (5). Dans le cas de plusieurs contacteurs, il est possible d'associer à chacun d'entre eux une différence de potentiel, variable ou permanente, différente des autres contacteurs, de manière à produire, au cours de la rotation du récipient, des effets de variation du champ radial susceptibles de faciliter la ségrégation des particules. Le champ produit peut être pulsé ou continu. Sa valeur est choisie corrélativement à la vitesse de rotation du disque pour fixer précisément la nature des particules satellisées. Le dispositif proposé définit, en troisième caractéristique, les propriétés d'injection du mélange contenant les particules à séparer, de récolte des particules sélectionnées et d'évacuation de l'excédent de liquide mis en rotation (FIG. 3). Ces fonctions sont assurées par un système de buses d'injection (I) et de récolte (R) fixées sur un support et d'ouies de trop-plein (Ou) percées symétriquement dans le bord périphérique du récipient et dans son tube central. Le dessin de la coupe A-A (FIG. 4) montre le système de porte-buses (6) et de son support (7) qui permet la fixation des buses d'injection et de récolte et leur réglage en inclinaison, hauteur et en position radiale. La buse de récolte (R) est destinée à aspirer en continu les particules sélectionnées pour leur ratio charge/masse et stabilisées sur leur orbite de récolte après le réglage de la vitesse de rotation et de la valeur du champ électrique. Cette buse est plongée dans le liquide. Sa profondeur d'immersion, son inclinaison et sa position radiale sont réglables (8) de façon manuelle ou automatique avec les systèmes mécaniques du commerce. Son débit d'aspiration est fonction du régime d'alimentation et d'élimination choisi. La ou les buses d'injection (I) alimentent en continu le récipient circulaire en mélange de particules à séparer. Une disposition des buses d'injection de part et d'autre de l'orbite de récolte permet aux particules à sélectionner de migrer continument vers leur orbite d'équilibre quel que soit leur ratio masse/charge. Le positionnement de ces buses d'injection ainsi que leur profondeur d'immersion et leur inclinaison (9) sont réglables manuellement ou automatiquement de façon à s'adapter aux caractéristiques du mélange introduit. Le débit d'injection est fonction du régime d'alimentation et d'élimination choisi. Aussi, les buses peuvent être l'une ou l'autre fermées (10) pour les besoins, par exemple, d'un recyclage (les produits d'éjection centrifuge ou centripète étant réintroduits pour récupération) ou, dans le cas d'un fonctionnement du dispositif en séquence, d'un affinage en continu de la ségrégation effectuée (les produits de récolte étant repris dans une nouvelle injection). Les particules éliminées, que ce soit celles qui sont expulsées à la périphérie du récipient (centrifugées) ou celles attirées au centre (centripétées), et l'excédent de liquide sont recueillis par débordement au fur et à mesure de l'injection de nouveau mélange.Two other circular conductive strips, called contact edges, are fixed on the upper part of the edges of the container. These contact edges, the axial edge (3) and the peripheral edge (4), serve to establish a permanent rotating electrical contact. They can be obtained from a folding of the inner conductive surfaces or manufactured separately and assembled to the latter so as to ensure the electrical continuity of the assembly. The inner conductive surfaces and the contact edges can be glued to the edges of the rotating container with commercially available glues chosen for their neutrality with respect to liquids contained or mechanically fixed removably or permanently. The electrical contact on the contact edges is provided by one or more commercial contactors (5). In the case of several contactors, it is possible to associate with each of them a potential difference, variable or permanent, different from the other contactors, so as to produce, during the rotation of the container, the effects of variation radial field that can facilitate the segregation of particles. The produced field can be pulsed or continuous. Its value is chosen correlatively to the speed of rotation of the disk to precisely fix the nature of the particles. The proposed device defines, in third characteristic, the injection properties of the mixture containing the particles to be separated, the harvesting of the selected particles and the evacuation of the surplus of liquid being rotated (FIG 3). These functions are provided by a system of injection nozzles (I) and harvest (R) fixed on a support and overflow openings (Or) drilled symmetrically in the peripheral edge of the container and in its central tube. The drawing of the section AA (FIG 4) shows the system of nozzle holder (6) and its support (7) which allows the attachment of the injection and harvest nozzles and their adjustment in inclination, height and position radial. The harvesting nozzle (R) is designed to continuously suck up the particles selected for their charge / mass ratio and stabilized on their harvesting orbit after the adjustment of the rotation speed and the value of the electric field. This nozzle is immersed in the liquid. Its depth of immersion, its inclination and its radial position are adjustable (8) manually or automatically with the commercial mechanical systems. Its suction flow rate is a function of the chosen diet and elimination diet. The injection nozzle (s) (I) continuously feed the circular container into a mixture of particles to be separated. An arrangement of the injection nozzles on either side of the harvesting orbit allows the particles to be selected to migrate continuously towards their equilibrium orbit irrespective of their mass / charge ratio. The positioning of these injection nozzles and their depth of immersion and their inclination (9) are adjustable manually or automatically to adapt to the characteristics of the mixture introduced. The injection rate is a function of the chosen diet and elimination diet. Also, the nozzles can be either closed (10) for the purposes of, for example, recycling (the centrifugal or centripetal ejection products being reintroduced for recovery) or, in the case of a operation of the device in sequence, a continuous refinement of the segregation performed (the crop products being taken up in a new injection). The removed particles, either those that are expelled at the periphery of the container (centrifuged) or those attracted to the center (centripetal), and the excess liquid are collected by overflow as the injection of new mixture .

Des ouïes (11) sont percées dans le bord interne et dans le bord périphérique du récipient à des hauteurs tributaires des paramètres de fonctionnement du dispositif. La hauteur de ces ouïes par rapport au fond est déterminée par la vitesse de rotation du récipient, les débits d'injection et de récolte prévus, le volume de mélange initialement introduit et la profondeur minimale d'immersion de la bande axiale conductrice.Gills (11) are pierced in the inner edge and the peripheral edge of the container at heights dependent on the operating parameters of the device. The height of these openings relative to the bottom is determined by the speed of rotation of the container, the injection and harvesting rates provided, the mixing volume initially introduced and the minimum depth of immersion of the conductive axial strip.

Dans un fonctionnement standard, les hauteurs des ouïes et leur section d'ouverture sont réglées au préalable pour un volume de mélange donné en fonction de la vitesse choisie, du rayon du récipient et de la paraboloïde de surface prévue pour un volume de mélange défini, les débits d'injection et de récolte étant ensuite ajustés relativement aux débordements de trop- plein. Deux récipients de recueillement de ces débordements (12) sont placés sous le récipient à la verticale des bords portant ouïes. Un recyclage de ces trop-pleins peut être mis en place par le dispositif pour les besoins d'une ségrégation particulière.In standard operation, the heights of the openings and their opening section are set beforehand for a given mixing volume according to the chosen speed, the radius of the container and the surface paraboloid provided for a defined mixing volume. the injection and crop flow rates are then adjusted relative to overflow overflows. Two containers for collecting these overflows (12) are placed under the container vertically to the edges bearing gills. A recycling of these overflows can be put in place by the device for the purposes of a particular segregation.

Le dispositif proposé définit, en quatrième caractéristique, les propriétés électriques des buses d'injection relativement au problème de la projection du mélange injecté au point d'injection sous l'effet de la rotation du liquide. L'éclaté de la figure 5 (FIG. 5) montre un détail des buses d'injection concernant le système de 30 contrôle et d'asservissement associé au dispositif pour éviter que le mélange injecté par ces buses soit trop vite expulsé par la rotation du récipient. Une électrode (E) reliée à un générateur est insérée dans chaque buse pour créer, dans le mélange qu'elle injecte, un potentiel voisin de celui qui règne dans le liquide tournant au point d'injection. Pour mesurer ce potentiel, les buses d'injections sont équipées d'une sonde (S) chargée de le mesurer et de piloter le générateur correspondant. Ce système de mesure et d'asservissement peut, éventuellement, piloter des variations de potentiel d'injection susceptibles d'améliorer les migrations de particules dans le liquide tournant. De la même façon, il peut être envisagé d'équiper la sonde de récolte avec une électrode de potentiel et une sonde afin de favoriser le transit des particules récoltées. Variante : le dispositif est établi pour fonctionner en veine liquide et pour s'affranchir des contraintes imposées habituellement par les supports poreux (gels, papiers, ). Cependant, pour s'adapter à certaines caractéristiques particulières de particules que l'on désirerait récolter, notamment des caractéristiques stériques, des milieux de migration poreux pourront être utilisé avec ce dispositif dès lors que l'on aura ajusté ses paramètres de fonctionnement (vitesse, champ, débits) et que l'on aura éventuellement adapté au support le profil et la section des extrémités immergées des buses.The proposed device defines, in fourth characteristic, the electrical properties of the injection nozzles relative to the problem of the projection of the injected mixture at the injection point under the effect of the rotation of the liquid. The exploded view of FIG. 5 (FIG.5) shows a detail of the injection nozzles concerning the control and control system associated with the device in order to prevent the mixture injected by these nozzles from being expelled too rapidly by the rotation of the nozzle. container. An electrode (E) connected to a generator is inserted into each nozzle to create, in the mixture that it injects, a potential close to that which prevails in the liquid rotating at the injection point. To measure this potential, the injection nozzles are equipped with a probe (S) in charge of measuring it and controlling the corresponding generator. This measurement and control system can, optionally, control injection potential variations that can improve the migration of particles in the rotating liquid. In the same way, it may be envisaged to equip the harvesting probe with a potential electrode and a probe in order to promote the transit of the harvested particles. Variant: the device is established to operate in liquid vein and to overcome the constraints usually imposed by porous media (gels, papers,). However, to adapt to certain particular characteristics of particles that one would like to harvest, in particular steric characteristics, porous migration media can be used with this device once its operating parameters (speed, field, flow rates) and that the profile and the section of the submerged ends of the nozzles may have been adapted to the support.

Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à la ségrégation de particules en solution pour l'industrie pharmaceutique ou l'industrie chimique.The device according to the invention is particularly intended for the segregation of particles in solution for the pharmaceutical industry or the chemical industry.

Claims

CLAIMS1) Device for continuously separating the charged particles in solution in a liquid characterized in that it consists of a cylindrical rotating container with central tube whose inner edges are provided with conductive strips so as to produce a radial electric field and by rotation of said container, centrifugation.

2) Device according to claim 1 characterized in that the conductive strips responsible for creating the radial electric field are positioned against the inner edges of the rotating container, peripheral edge (1) and axial edge (2), so as to be partially immersed or completely in the rotating liquid, these bands can be continuous or alveolate.

3) Device according to claim 1 characterized in that the upper part of the edges of the container is equipped with two circular rotating contact strips, peripheral strip (3) and axial strip (4), responsible for ensuring a permanent electrical connection with the conductive strips placed against the inner faces of the edges of the rotating container, these circular strips being obtainable from a bend or made separately and assembled so as to provide electrical continuity, glued on the inner faces of the edges of the rotating container or fixed mechanically on these removably or permanently.

4) Device according to any one of the preceding claims characterized in that it comprises rotary contactors on the circular contact strips that can be powered by different potential differences so as to produce, during the rotation of the container, radial field oscillation effects that can facilitate the segregation of particles.

5) Device according to claim 1 characterized in that the injection of the liquid containing the particles that are to be separated is above the liquid rotated by one or more nozzles immersed in the medium and adjustable in depth of immersion, orientation, position and flow.

6) Device according to claim 5 characterized in that the nozzle or nozzles of the liquid containing the particles that are to be separated are provided with an electrode responsible for carrying the potential of the liquid injected at the potential of the liquid instead of the injection. 35

7) Device according to claim 5 and claim 6 characterized in that the nozzle or nozzles of the mixture containing the particles that are to be separated are provided with a probe to measure the potential of the rotating liquid instead injection to adapt the potential of the injection electrode to it. 40

8) Device according to claim 1 characterized in that the collection of the selected particles is above the liquid rotated by a nozzle immersed in the latter and adjustable immersion depth, orientation, position and flow. 45

9) Device according to claim 1 characterized in that the particles removed and the excess liquid are collected by overflow through openings adjustable in height and opening section, or pierced in the inner edge and in the peripheral edge of the rotating container.