WO1990014586A1 - Systeme echantillonneur automatique d'un liquide biologique a prelevement sterile - Google Patents

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WO1990014586A1
WO1990014586A1 PCT/FR1990/000356 FR9000356W WO9014586A1 WO 1990014586 A1 WO1990014586 A1 WO 1990014586A1 FR 9000356 W FR9000356 W FR 9000356W WO 9014586 A1 WO9014586 A1 WO 9014586A1
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sampling
solenoid valve
pot
sample
way solenoid
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Application number
PCT/FR1990/000356
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Ivan Marc
Fabrice Blanchard
Evelyne Ronat
Jean-Noël RABAUD
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Setric Genie Industriel (S.G.I.)
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Publication date
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    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/40—Concentrating samples
    • G01N1/4077—Concentrating samples by other techniques involving separation of suspended solids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M33/00—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • G01N2001/1062—Sampling under constant temperature, pressure, or the like
    • G01N2001/1081—Storing samples under refrigeration

Definitions

  • the present invention relates to an automatic sampling system for a biological fluid with sterile sampling.
  • the system described in the above-mentioned article also implements a recirculation loop and steam sterilization of the sampling circuits up to the filtration module must be provided.
  • the various systems previously described are, most of the time, usable under limited working conditions, fermentation of yeasts or large living cells.
  • the most frequently encountered problems are linked to the more or less rapid polarization and clogging depending on the type of filtration membrane used, especially in the case of frontal filtration, to the lag time to obtain a representative sample in the case of filtration.
  • tangential to the size of the pores which, too large, does not allow working with bacteria, to the complexity of the systems which include either a large number of pumps, or of complex steam sterilization systems, to the too large volume of the recycling loop in relation to the volume of a small laboratory reactor or fermenter, of the order of two liters, as well as to the reliability of the sterile sample taking and therefore to respect for sterility.
  • the purpose of the automatic sampler system for a biological liquid with sterile sampling which is the subject of the invention, is to remedy all of the aforementioned drawbacks.
  • Another object of the present invention is also the implementation of a system making it possible to ensure the taking of samples under conditions of satisfactory reliability and sterility in the absence of effective sterilization of the corresponding circuits during successive direct debits.
  • the system for automatically sampling a biological liquid with sterile sampling which is the subject of the invention, comprises a module for sampling from a reactor for biological fluid, a filtration module connected to a sampling pot, a distribution circuit for the or samples to analyzer means and control and calculation means interconnected respectively to the sampling module, to the filtration module, to the sampling pot and to the distribution circuit of the sample (s) to ensure a sequential control of the taking of 'samples.
  • the filtration module is placed at the end of the sampling module in the reactor, the sampling pot being directly connected at the outlet of the sampling module and, on the other hand, what it includes a circuit for injecting control fluids of the sampling circuits constituted by the sampling module, the sampling pot, the circuit for injecting control fluids being controlled sequentially by the control and calculation.
  • FIG. 1 represents a general view of the automatic sampler system for a biological fluid with sterile sample • object of the invention
  • . 2 shows a sectional view along a longitudinal plane of symmetry of a sampling pot for the realization of the system according to the invention, as shown in Figure 1,
  • FIGS. 3 and ⁇ represent in section along a plane of longitudinal symmetry respectively of a filtration module and of a filter cartridge or sleeve, in accordance with the object of the present invention
  • FIG. 5 represents a simplified flow diagram making it possible to carry out one or more sequential sampling, in accordance with the system according to the invention.
  • microorganisms bacteria, yeasts, fungi, plant and animal cells
  • the complex metabolic reactions involved in microorganisms (bacteria, yeasts, fungi, plant and animal cells) during the "fermentation" processes are sensitive to many external parameters, such as pH, temperature, pressure, and so on!> than the age or physiological state of the cells.
  • the sampler system object of the invention, further comprises control and calculation means 5 interconnected respectively to the sampling module 2 and to the filtration module 1 to the sampling pot 3 and to the distribution circuit CD of the sample or samples to ensure sequential control of the aforementioned sample taking.
  • the filtration module 1 is placed at the end of the sampling module 2 in the reactor R or fermenter.
  • the sampling jar in accordance with another particularly advantageous aspect of the system which is the subject of the invention, is then directly connected to the output of the sampling module 2, in the absence of a loop for recycling the biological fluid sampled.
  • the system the sampler also includes a circuit 40, 41, 42 for injecting fluids for controlling the sampling circuits constituted by the filtration module 1, the sampling module 2, the sampling pot 3.
  • the circuit for injecting control fluids is controlled sequentially by the control means and calculation 5.
  • the circuit for injecting fluids for controlling the sampling circuits advantageously comprises, as well as represented in FIG. 1, a first circuit 40 for injecting an inert gas with the biological liquid to be sampled.
  • This circuit advantageously allows pre-cleaning and / or unclogging of the filtration module l by injection of the inert gas towards the reactor or fermenter R.
  • the inert gas with respect to the biological liquid to perform the pre-cleaning or unclogging functions can be constituted, depending on the nature of the biological liquid considered to be sampled, with air, nitrogen , carbon dioxide for example.
  • the circuit for injecting fluids for controlling the sampling circuits comprises a second circuit 41 for injecting rinsing water from the circuits ensuring the connection between the reactor or fermenter R and the sampling pot 3.
  • a third circuit 42 for injecting dry air is shown in the circuits ensuring the connection between the reactor or fermenter R and the pot sampling 3.
  • the circuit 42 previously mentioned is therefore also one of the constituent elements of the circuit for injecting control fluids, in accordance with the object of the present invention, this circuit 42 making it possible to dry the circuits ensuring the connection between reactor R and the sampling pot 3.
  • the first 40, second 41 and third 42 injection circuits can advantageously be constituted by a first three-way solenoid valve 421 interconnected in connection between the end of the module of sampling connected to the filtration module 1 and the sampling pot 3.
  • This first three-way solenoid valve 421 receives on an auxiliary input the rinsing water or the drying air, as will be described below .
  • the second injection circuit 41 can, as shown in FIG. 1, advantageously be constituted by a second three-way solenoid valve 422 connected in connection between the rinsing water supply circuit and the auxiliary input of the first solenoid valve 421 previously mentioned.
  • the second three-way solenoid valve 422 receives on an auxiliary input the drying air intended to ensure the above-mentioned drying.
  • a third three-way solenoid valve 423 is provided, this third solenoid valve being connected in connection between the first solenoid valve 421, at the output thereof, and the sampling pot 3.
  • An auxiliary input of the third solenoid valve 423 receives the inert gas with the biological liquid to perform the pre-cleaning or unclogging function mentioned above.
  • the third solenoid valve 423 thus constitutes the inlet to the first injection circuit 40 mentioned above.
  • the supply of inert gas with respect to the biological liquid can be carried out from a reservoir of inert gas under pressure.
  • this previously mentioned solenoid valve 422 is supplied from a distilled water tank, which distributes the previously mentioned rinsing water.
  • the sampling means 2 also comprise a pump of the peristaltic pump type 20 ensuring the interconnection between the third solenoid valve 423 and the sampling pot 3.
  • the peristaltic pump 20 is associated with a valve or solenoid valve 22 mounted by bypass on the aforementioned pump.
  • the abrupt opening of the solenoid valve 22 makes it possible to unclog the filtration module 1 during sampling. Indeed, this opening causes the suction stop upstream of the pump 20, and therefore a takeoff of the particles which would have agglomerated on the outer layer or membrane 113 of the filtration module.
  • junction between the sampling element 2 and the filtration module 1 can advantageously be carried out by means of a manual valve 23.
  • This manual valve makes it possible to provide a safety function in order to totally isolate, if necessary, the reactor R, and the biological medium contained in the latter, from the entire installation.
  • the sampling pot 3 is a refrigerated pot.
  • the sampling pot 3 has a double wall, in which a stream of refrigerant liquid is formed, making it possible to maintain the sample of biological fluid taken at a predetermined temperature depending on the nature of the biological fluid considered.
  • the refrigeration system of the sampling pot 3 will not be described because it can be produced by any means usually used in the laboratory allowing refrigeration conditions compatible with obtaining and maintaining the sterility of the sample or samples taken. A more detailed description of an advantageous embodiment of a sampling pot 3 will be given in connection with FIG. 2.
  • FIG. 2 above represents a sectional view along a longitudinal plane of symmetry of a sampling pot 3 according to an advantageous embodiment of the system which is the subject of the invention.
  • the sampling pot comprises an orifice 30 for entering the sample, this orifice 30 being directly connected at the outlet of the peristaltic pump 20.
  • the orifice for entering the sample 30 is itself connected to a sample inlet chamber 31, this inlet chamber being provided with a distributor 310.
  • a vent 31 1 is provided, this vent being in communication with the aforementioned inlet chamber 31.
  • the distributor 310 can advantageously consist of a conical element of revolution provided with through holes parallel to the longitudinal axis of the sampling pot 3.
  • the aforementioned through holes are in communication with a sample receiving chamber 32.
  • the sample reception 32 is itself in communication with a sample outlet orifice 33, which is itself connected to the distribution circuit CD, as will be described later in the description.
  • the sample reception chamber 32 is provided with a plurality of electrodes 320, 321, 322.
  • the above-mentioned electrodes constitute probes of the level of sampled biological liquid.
  • the electrode 320 can correspond to a minimum volume of samples taken
  • the electrode 321 can correspond to an intermediate volume of samples
  • the electrode 322 can correspond to a maximum volume of samples .
  • the body of the sampling pot can then be made of a material inert to biological fluid, such as for example food plastics or the like.
  • the outlet orifice 35 of the sampling pot is connected to the distribution circuit CD by means of a two-way solenoid valve 35.
  • This same two-way solenoid valve tracks 35 is itself interconnected to a three-way solenoid valve 36, one input of which is connected to the two-way valve 35, a first direct outlet is connected to a drain or sewer pipe and a second controlled outlet is connected to a distribution tube or to a sample fraction collector.
  • the vent 31 1 in Figure 2 is itself connected via a three-way solenoid valve 37, on the one hand, to a pipe discharge or sewer in direct connection and, on the other hand, in controlled connection to a pressure source of an inert gas or biological liquid sampled.
  • the connection between the first three-way solenoid valve 421 and the end of the sampling module connected to the filtration module 1 is carried out by the 'Intermediate of a multi-path selection valve 21.
  • the multiple inputs of the selection valve 21 can be connected sequentially to a different determined reactor, each reactor may contain different biological solutions or different batches of the same biological solution.
  • the output of the multi-way selection valve 21 is directly connected to the first three-way solenoid valve 421.
  • the two-way solenoid valves and the three-way solenoid valves have been represented symbolically, the two-way solenoid valves comprising an inlet inlet A and a discharge outlet r, the energization of the solenoid valve causing admission by the inlet ⁇ and the outlet by the outlet r of the fluid in question.
  • the three-way solenoid valves have been represented as comprising an inlet inlet A, a discharge outlet or inlet r and an auxiliary inlet P, the absence of voltage control of the three-way solenoid valve considered allowing the transmission of a fluid between the intake inlet A and the discharge outlet r or vice versa, while the voltage control of the three-way solenoid valve considered has the effect of transmitting of a different fluid between the auxiliary inlet P and the discharge outlet r.
  • the filtration module 1 advantageously comprises a central filter body 10 forming a mounting axis for a filtration element and a removable filter element 1 1 formed by a sleeve made of ceramic material.
  • the removable filter element II is engaged on the mounting pin 10.
  • the connection between the cross-section edges of the filter element 11 and the bearing surfaces of the mounting pin 10 is carried out by means of seals denoted 100, 110 in FIG. 3.
  • the seals can advantageously consist of silicone seals.
  • the filtration element 11 is constituted by a cylindrical sleeve 112, as shown in FIG. 4, in section along a longitudinal plane of symmetry of the sleeve.
  • This cylindrical sleeve 1 12 can advantageously be made of ceramic with an average pore diameter of the order of 10 ⁇ m.
  • an inner layer 1 14 and an outer layer 113 of grafted ceramic are provided on the inner and outer side surfaces of the aforementioned cylindrical sleeve.
  • the internal 114 and external 113 grafted layers have an average pore diameter less than or equal to 0.2 ⁇ m and act as a filter membrane.
  • an enameling or deposition of a layer of epoxy resin 1 15, 1 16 is provided at the two ends of the filter element 11.
  • the enameling or the aforementioned deposit can cover the aforementioned ends over a length of about 1 cm.
  • the outer 113 and inner 114 layers are made of alumina with an average pore diameter of between 0.1 and 0.4 ⁇ m, preferably 0.2 ⁇ m, and the cylindrical sleeve 112 of ⁇ alumina with a pore diameter of 10 ⁇ m to approximately 15 ⁇ m.
  • the cylindrical sleeve 112 and the internal layers 1 14 and external 113 are bonded monolithically by sintering.
  • the mounting axis 10 advantageously comprises a central internal pipe 105 leading to the opposite part of the distal part of the above-mentioned mounting axis 10.
  • the central internal pipe 105 thus opens up inside the filtration element 11 or the aforementioned cylindrical sleeve 112 and constitutes the end of the sampling means 2.
  • the orifices through which the central internal channel 105 opens up in the sleeve 112 are noted 1050 and 1051.
  • control and calculation means 5 will be given in conjunction with FIGS. 1 and 5.
  • control and calculation means 5 can advantageously be constituted by a microprocessor CPU interconnected to interface circuits 51 and 52 and further comprising a program memory 50.
  • the aforementioned interface circuits advantageously comprise a first series 51 of sampling control interface circuits.
  • These interface circuits of the first series 51 may each consist of a digital analog conversion circuit delivering to each of the three-way solenoid valves previously described and to the peristaltic pump 20 a voltage for controlling on or off for example.
  • the second series 52 of sample level detection interface circuits may consist, for each of the interfaces, in an analog-to-digital conversion circuit delivering to the microprocessor CPU corresponding messages of sample level in the pot d '' sampling 3.
  • the program memory 50 can advantageously be constituted by a ROM read-in memory in which a program for sequentially conducting the sampling is installed.
  • the program for sequential sampling of the sample can advantageously include a first sub-program 1000 making it possible to ensure a pre-cleaning phase of the filter element 1 by admitting a inert gas to reactor or fermenter R.
  • the third three-way solenoid valve is voltage-controlled, solenoid valve 423, and the first and second three-way solenoid valves are at rest, solenoid valves 421, 422.
  • the first subroutine 1000 is then followed by a second subroutine 1001 allowing the system, object of the invention, to be placed in a waiting phase for a duration of a few seconds for example. In this case, none of the sampling elements is excited.
  • the second subroutine 1000 previously mentioned is then followed by a third subroutine 1002 making it possible to ensure a sampling phase proper.
  • the peristaltic pump 20 is then periodically controlled in voltage and the stopping of the sampling phase is carried out upon detection by the microprocessor CPU of the corresponding messages of sample level in the sampling pot 3.
  • the third sub-program 1002 is then followed by a fourth sub-program 1003 making it possible to ensure a phase of transfer of the sample contained in the sampling pot 2 to the analyzer circuits or, at least, to the distribution circuits CD via the solenoid valves 35 and 36.
  • the fourth sub-program 1003 allows for example, following the opening of the solenoid valves 35 and 36, to control the voltage of the solenoid valve 37 so as to send to the sampling pot 3 at the upper part thereof relative to the sample contained in the aforementioned sampling pot an overpressure of inert gas with the biological liquid constituting the sample Ion. This overpressure ensures transfer of the entire sample to the fractionation collector according to a predetermined sequence.
  • the fourth subroutine 1003 previously described is then followed by a fifth subroutine 1004 making it possible to ensure rinsing with water by voltage control of the first solenoid valve 421, the second solenoid valve 422 in the non-excited state delivering the rinsing water to the sampling pot 3 via the peristal ⁇ tick pump 20 which is itself tensioned. Rinsing, of course, can be carried out continuously for a fixed period.
  • a seventh sub-program 1006 for drying the sampling pot is provided in order to ensure the drying of the aforementioned sample pot and the pipes for a few minutes by means of the voltage control of the first 421 and second three-way solenoid valve 422 and of the peristaltic pump 20.
  • a subroutine can be called arbitrarily so as to constitute an appropriate sequence according to the application considered.
  • the analyzer circuits 1003 it is possible between the sampling phase sub-program 1002 and the sample transfer phase sub-program to the analyzer circuits 1003 to insert a call from the unclogging phase sub-program 1000 to constitute a new unclogging of the element. filtration 1.
  • a summary table of a preferred automatic sampling cycle is given below in the description, this table indicating by way of nonlimiting example, on the one hand, the sub-programs called, the numbers of the corresponding sequences, the operations units corresponding to each sequence, the duration of these operations and the solenoid valves and system elements shown in Figure 1 controlled in voltage.
  • the aforementioned durations are given as an indication and are liable to be modified for adaptation to the different types of culture or biological media.
  • the duration of the sequence 5 of unclogging can be increased up to 3 to 4 seconds if necessary and the sequence 6 of transfer can be of the order of 10 seconds. That of sequence 9 is very fast and that of sequence 10 is arbitrary.
  • the microprocessor CPU can advantageously be constituted by an 8 bit microprocessor normally available on the market.
  • the microprocessor CPU can be interconnected by a bus type link to a microcomputer, which makes it possible to ensure interactive operation of the system object of the invention with a user, the system, object of the aforementioned invention, being able to then be programmed.
  • each bit of the 8 bit word processed by the microprocessor considered is assigned to one of the elements such as two-way or three-way solenoid valve or peristaltic pump of the device represented in FIG. 1 via the corresponding control interface 51.
  • each sequence simply corresponds to an 8-bit word constituting the sub-program 1000 to 1006 represented in FIG. 5.
  • Each bit of value 0 or 1 can then make it possible, via the aforementioned control interfaces 51, to control voltage or, on the contrary, to remove this voltage control for the solenoid valves or the peristaltic pump considered.
  • the microprocessor CPU and the interface circuits are replaced by a programmable controller.
  • the programmable controller used was a L ⁇ CKNER-MOELLER brand programmable controller type PS3-DC.
  • Such an embodiment allows a more flexible use of the system.
  • the system which is the subject of the invention allows installation "in situ" in the absence of a recycling loop. Then the system, object of the invention, ensures a sample collection in the absence of constraint on animal cells, plants or microorganisms in the biological environment in which the sample is to be taken, the system according to the invention , being non-destructive in this.
  • the system according to the invention makes it possible to obtain sterile behavior in the absence of the need for steam sterilization in accordance with the devices of the prior art.
  • a filter element with a porosity of 0.2 ⁇ m or below in an external layer, single or double, makes it possible to sample a biological medium comprising bacteria.
  • Another advantage of the system, object of the invention is the permanent control of the clogging of the filtration element by a first pre-cleaning sequence then a unclogging sequence, following the sampling sequence.
  • the system which is the subject of the invention allows the choice of a constant sampling volume whatever the quantity of dissolved and desorbing gas, the concentration of cells of the biological medium considered, the size of these cells or else the internal pressure in reactor R.
  • the cartridges of the removable filter element 1 are easily reusable and interchangeable.
  • the system, object of the invention also allows modular use from the size of small reactors or fermenters of laboratory capacity of two liters up to industrial size.
  • the use of the system, as represented in FIG. 1, is facilitated by the overpressure of the reactor or fermenter R, which makes it possible to envisage a use with relatively viscous biological media or liquids.
  • a precise analysis of volatile products can be carried out by refrigerating the sampling pot or molecules with little or no volatility.
  • Saccharomyces cerevisiae bacteria like Escherichia coli and

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Abstract

L'invention est relative à un système échantillonneur d'un liquide biologique à prélèvement stérile. Un module de filtration (1) est placé en extrémité du module de prélèvement (2) dans le réacteur (R). Le pot d'échantillonnage (3) est directement connecté en sortie du module de prélèvement (2). Un circuit (40, 41, 42) d'injection de fluides de contrôle des circuits de prélèvement constitués par le module de filtration (1), le module de prélèvement (2), le pot d'échantillonnage (3) est prévu, ce circuit d'injection étant commandé séquentiellement par un calculateur (5) de contrôle et calcul. Application aux systèmes échantillonneurs de laboratoires ou industriels.

Description

SYSTEME ECHANTILLONNEUR AUTOMATIQUE D'UN LIQUIDE BIOLOGI¬ QUE A PRELEVEMENT STERILE.
La présente invention est relative à un système échantillon- neur automatique d'un liquide biologique à prélèvement stérile.
Le développement de nouveaux capteurs "in situ" utilisables en ligne dans les réacteurs biologiques, tels que les fermenteurs, est actuellement fortement limité par la nécessité de stériliser ces matériels.
De manière plus classique, seuls sont disponibles des capteurs de mesure physico-chimique de température, pression, potentiel Redox, pression partielle d'oxygène et C02 dissous ou de mesure de molécules gazeuses et volatiles dans les gaz ou à l'aide de membranes. La prise stérile d'échantillon liquide apparaît donc comme une solution au manque de capteurs "in situ", car dans ce cas, il est possible de coupler de nombreux analyseurs classiques pour la détection en ligne des molécules à quantifier.
A l'heure actuelle de nombreux auteurs ont proposé différents systèmes de prélèvement de milieu liquide biologique filtré, tels des milieux de fermentation, afin de pouvoir suivre ou contrôler l'évolution de procédés biotechnologiques.
Il est noté que la plupart de ces systèmes comportent un recyclage continu de milieu à filtrer. Le principe de ces systèmes consiste en un pompage continu du milieu biologique circulant dans une canalisation externe au réacteur avec, ensuite, réinjection dans le réacteur. Le prélèvement peut être séquentiel ou continu.
De tels systèmes ont fait l'objet notamment d'une description dans le brevet US 501 161 délivré le 26 février 1985. Le système décrit dans le brevet précité comprend deux membranes de diamètre moyen comprenant des pores variant entre 1 et 10 μm et formant une boucle de recirculation externe avec prélèvement séquentiel.
Un autre système de ce type a fait l'objet d'une description dans l'article "An automatic and sterilizable sampler for laboratory Fermentors : Application to the on-line control of glucose concentration" publié par Mohamed Ghoul, Evelyne Ronat et Jean-Marc Engasser dans la revue Biotechnology and Bioengineering Vol. XXVII p. 1 19-121 (1986) John Wiley & Sons, Inc.
Le système décrit dans l'article précité met également en oeuvre une boucle de recirculation et une stérilisation à la vapeur des circuits de prélèvement jusqu'au module de filtration doit être prévue.
Plus récemment, un certain nombre de systèmes ont été proposés par différents constructeurs. Parmi ces derniers, un système à filtration au moyen d'un module céramique multicouche asymétrique a été décrit dans le document 86 1100459 "On Line Aseptic Autosampler" publié par la Société Komatsugawa Chemical Engineering Co., Ltd, 10-5, Iwamoto-cho I- Chôme, Chiyoda-ku, Tokyo Japon. Ce type d'appareil fait l'objet cependant d'une stérilisation à la vapeur.
Ainsi, les différents systèmes précédemment décrits sont, la plupart du temps, utilisables dans des conditions de travail limitées, fermentation de levures ou cellules vivantes de grande taille. Les problèmes le plus fréquemment rencontrés sont liés à la polarisation et au colmatage plus ou moins rapides selon le type de membrane de filtration utilisées, surtout dans le cas de fiitrations frontales, à la durée de latence pour obtenir un échantillon représentatif dans le cas de fiitrations tangentielles, à la taille des pores qui, trop importante, ne permet pas de travailler avec des bactéries, à la complexité des systèmes qui comprennent soit un grand nombre de pompes, soit des systèmes de stérilisation à vapeur complexes, au volume trop important de la boucle de recyclage par rapport au volume d'un petit réacteur ou fermenteur de laboratoire, de l'ordre de deux litres, ainsi qu'à la fiabilité de la prise stérile d'échantillon et donc au respect de la stérilité.
Le système échantillonneur automatique d'un liquide biolo¬ gique à prélèvement stérile, objet de l'invention, a pour but de remédier à l'ensemble des inconvénients précités.
Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un système ne comportant pas de boucle de recirculation du liquide biologique soumis au prélèvement. Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un système dans lequel les organes de stérilisation à la vapeur sont supprimés.
Un autre objet de la présente invention est également la mise en oeuvre d'un système permettant d'assurer le prélèvement d'échantillons dans des conditions de fiabilité et de stérilité satisfaisantes en l'absence d'une stérilisation effective des circuits correspondants au cours de prélèvements successifs. •
Le système échantillonneur automatique d'un liquide biolo¬ gique à prélèvement stérile, objet de l'invention, comprend un module de prélèvement dans un réacteur du liquide biologique, un module de filtration relié à un pot d'échantillonnage, un circuit de distribution du ou des échantillons vers des moyens analyseurs et des moyens de commande et de calcul interconnectés respectivement au module de prélèvement, au module de filtration, au pot d'échantillonnage et au circuit de distribution du ou des échantillons pour assurer une commande séquentielle de la prise d'échantillons.
II est remarquable, d'une part, en ce que le module de filtration est placé en extrémité du module de prélèvement dans le réacteur, le pot d'échantillonnage étant directement connecté en sortie du module de prélèvement et, d'autre part, en ce qu'il comprend un circuit d'injection de fluides de contrôle des circuits de prélèvement constitués par le module de prélèvement, le pot d'échantillonnage, le circuit d'injection de fluides de contrôle étant commandé séquentiellement par le moyen de commande et de calcul. Le système, objet de l'invention, sera décrit de manière plus détaillée en liaison avec les dessins ci-après dans lesquels :
. la figure 1 représente une vue générale du système échantillonneur automatique d'un liquide biologique à prélèvement stérile • objet de l'invention, . la figure 2 représente une vue en coupe selon un plan longitudinal de symétrie d'un pot d'échantillonnage permettant la réalisation du système selon l'invention, tel que représenté en figure 1, . les figures 3 et Ψ représentent en coupe selon un plan de 5 symétrie longitudinale respectivement d'un module de filtration et d'une cartouche ou manchon de filtration, conformément à l'objet de la présente invention,
. la figure 5 représente un organigramme simplifié permettant de réaliser une ou plusieurs prises d'échantillons séquentielles, conformé- 10 ment au système selon l'invention.
Les réactions métaboliques complexes mises en jeu chez les microorganismes (bactéries, levures, champignons, cellules végétales et animales) au cours des procédés de "fermentation" sont sensibles à de nombreux paramètres extérieurs, tels que pH, température, pression, ainsi i !> qu'à l'âge ou l'état physiologique des cellules.
D'un point de vue industriel et pratique, il est indispensable de maîtriser l'évolution des procédés en agissant sur les paramètres physico-chimiques ou en contrôlant la composition du milieu de culture en certains de ses constituants essentiels. La maîtrise quantitative des 20 procédés est un élément primordial dans l'obtention de hautes productivités ou de produits de qualité constante. A l'heure actuelle, le suivi des procédés est, dans la grande majorité des cas, réalisé à partir d'une prise d'échantillon hors ligne. Cet échantillon est composé d'une phase liquide et d'une phase solide comprenant les microorganismes et d'autres matériaux 25 comme des débris cellulaires ou encore provenant de la matière première. L'analyse quantitative des composés biochimiques, substrats et produits du métabolisme, par les méthodes classiques de chromatographie en phase gazeuse ou liquide, par exemple, nécessite l'élimination des particules solides. 30 Le prélèvement hors ligne présente toutefois un certain nombre de problèmes et d'inconvénients comme le risque de contamination ou la non représentativité de l'échantillon due aux techniques d'échan¬ tillonnage et de séparation solides-liquide, en particulier dans le cas - d'analyses de métabolites volatiles. Par contre, un échantillonnage en ligne permet en principe de mieux contrôler un procédé s'il répond à un certain nombre de critères. Le volume prélevé doit être faible, constant et représentatif de l'état du milieu de fermentation grâce à un système simple et fiable qui, par sa conception, minimise les pertes de manière à pouvoir être utilisé dans des réacteurs à contenance limitée (à partir de 2 litres). Tout en garantissant une filtration performante, rapide et répétitive à intervalles de temps réguliers mais variables, le dispositif doit assurer une stérilité absolue vis-à-vis du milieu de culture. Le système échantillonneur automatique d'un liquide biolo¬ gique à prélèvement stérile, objet de la présente invention, sera tout d'abord décrit en liaison avec la figure 1.
Selon la figure précitée, le système échantillonneur, objet de l'invention comprend un module de prélèvement 2 d'échantillons dans un réacteur R ou fermenteur du liquide biologique considéré. Il comprend également un module de filtration 1, le module de filtration 1 et le module de prélèvement 2 étant reliés à un pot d'échantillonnage 3. Un circuit de distribution CD du ou des échantillons prélevés vers des moyens analyseurs est également prévu. Le système échantillonneur, objet de l'invention, comporte en outre des moyens de commande et de calcul 5 interconnectés respectivement au module de prélèvement 2 et au module de filtration 1 au pot d'échantillonnage 3 et au circuit de distribution CD du ou des échantillons pour assurer une commande séquentielle de la prise d'échan¬ tillon précitée. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse du système, objet de l'invention, le module de filtration 1 est placé en extrémité du module de prélèvement 2 dans le réacteur R ou fermenteur. Le pot d'échantillonnage, conformément à un autre aspect particulièrement avantageux du système objet de l'invention, est alors directement connecté en sortie du module de prélèvement 2, en l'absence de boucle de recyclage du liquide biologique prélevé.
Ainsi qu'on l'a en outre représenté en figure 1, le système échantillonneur comporte également un circuit 40, 41, 42 d'injection de fluides de contrôle des circuits de prélèvement constitués par le module de filtration 1, le module de prélèvement 2, le pot d'échantillonnage 3.
Selon un autre aspect particulièrement avantageux du système échantillonneur, objet de l'invention, ainsi qu'il sera décrit plus en détail ci-après dans la description, le circuit d'injection de fluides de contrôle est commandé séquentiellement par le moyen de contrôle et de calcul 5.
Afin de réaliser l'ensemble des différentes fonctions du système échantillonneur automatique d'un liquide biologique à prélève- ment stérile, objet de la présente invention, le circuit d'injection de fluides de contrôle des circuits de prélèvement comporte avantageusement, ainsi qu'on l'a représenté en figure 1, un premier circuit 40 d'injection d'un gaz inerte au liquide biologique à prélever. Ce circuit permet avantageusement d'assurer un prédécolmatage et/ou un décolmatage du module de filtration l par injection du gaz inerte vers le réacteur ou fermenteur R.
Ainsi qu'on le comprendra, le gaz inerte par rapport au liquide biologique pour assurer les fonctions de prédécolmatage ou de décolmatage peut être constitué, en fonction de la nature du liquide biologique considéré à échantillonner, par de l'air, de l'azote, du gaz carbonique par exemple.
Ainsi qu'on l'a en outre représenté en figure 1, le circuit d'injection de fluides de contrôle des circuits de prélèvement comporte un deuxième circuit 41 d'injection d'une eau de rinçage des circuits assurant la liaison entre le réacteur ou fermenteur R et le pot d'échantillonnage 3. De même, sur la figure 1 précitée, on a représenté un troisième circuit 42 d'injection d'air sec dans les circuits assurant la liaison entre le réacteur ou fermenteur R et le pot d'échantillonnage 3. Le circuit 42 précédemment mentionné est donc également l'un des éléments constitutifs du circuit d'injection de fluides de contrôle, conformément à l'objet de la présente invention, ce circuit 42 permettant d'assurer un séchage des circuits assurant la liaison entre le réacteur R et le pot d'échantillonnage 3. Un mode de réalisation avantageux des premier 40, deuxième
41 et troisième 42 circuits d'injection d'un gaz d'eau de rinçage et d'air sec inerte sera décrit en liaison avec la figure 1, ce mode de réalisation permettant d'assurer l'injection du gaz inerte précité de l'eau de rinçage et de l'air sec.
Ainsi qu'on l'a représenté sur la figure 1 précitée, les premier 40, deuxième 41 et troisième 42 circuits d'injection peuvent avantageuse¬ ment être constitués par une première électrovanne 421 à trois voies interconnectée en liaison entre l'extrémité du module de prélèvement reliée au module de filtration 1 et le pot d'échantillonnage 3. Cette, première électrovanne à trois voies 421 reçoit sur une entrée auxiliaire l'eau de rinçage ou l'air de séchage, ainsi qu'il sera décrit ci-après.
Afin d'assurer l'alimentation de l'entrée auxiliaire précitée de la première électrovanne à trois voies 421 en eau de rinçage ou en air de séchage, le deuxième circuit d'injection 41 peut, ainsi que représenté sur la figure 1, avantageusement être constitué par une deuxième électrovanne à trois voies 422 connectée en liaison entre le circuit d'amenée d'eau de rinçage et l'entrée auxiliaire de la première électrovanne 421 précédem¬ ment mentionnée. La deuxième électrovanne à trois voies 422 reçoit sur une entrée auxiliaire l'air de séchage destiné à assurer le séchage précité.
Enfin, ainsi que représenté en figure 1, une troisième électrovanne à trois voies 423 est prévue, cette troisième électrovanne étant connectée en liaison entre la première électrovanne 421, en sortie de celle-ci, et le pot d'échantillonnage 3. Une entrée auxiliaire de la troisième électrovanne 423 reçoit le gaz inerte au liquide biologique pour assurer la fonction de prédécolmatage ou de décolmatage précédemment citée. La troisième électrovanne 423 constitue ainsi l'entrée du premier circuit d'injection 40 précité. On notera que l'alimentation en gaz inerte par rapport au liquide biologique peut être effectuée à partir d'un réservoir de gaz inerte sous pression. Il en est de même, en ce qui concerne l'alimentation en air de séchage, de la deuxième électrovanne à trois voies 422. Bien entendu, cette électrovanne précédemment citée 422 est alimentée à partir d'un réservoir d'eau distillée, lequel distribue l'eau de rinçage précédemment mentionnée.
Afin d'assurer le prélèvement des échantillons de liquide biologique, d'une part, et les différentes fonctions de prédécolmatage, décolmatage, rinçage et séchage, ainsi qu'on l'a représenté en figure I, les moyens de prélèvement 2 comportent en outre une pompe de type pompe péristaltique 20 assurant l'interconnexion entre la troisième électrovanne 423 et le pot d'échantillonnage 3. On notera que, de manière avantageuse, la pompe péristaltique 20 est associée à une vanne ou électrovanne 22 montée en by-pass sur la pompe précitée. L'ouverture brutale de l 'électrovanne 22 permet d'effectuer un décolmatage du module de filtration 1 en cours de prélèvement. En effet, cette ouverture provoque l'arrêt de l'aspiration en amont de la pompe 20, et donc un décollage des particules qui se seraient agglomérées sur la couche ou membrane extérieure 113 du module de filtration
On notera enfin que la jonction entre l'élément de prélève¬ ment 2 et le module de iltration 1 peut avantageusement être réalisée par l'intermédiaire d'une vanne manuelle 23. Cette vanne manuelle permet d'assurer une fonction de sécurité afin d'isoler totalement, le cas échéant, le réacteur R, et le milieu biologique contenu dans ce dernier, de l'ensemble de l'installation.
Selon une autre caractéristique avantageuse du système, objet de l'invention, le pot d'échantillonnage 3 est un pot réfrigéré. Ainsi, le pot d'échantillonnage 3 comporte une double paroi, dans laquelle est ménagé un courant de liquide réfrigérant permettant de maintenir l'échantillon de liquide biologique prélevé à une température prédéterminée en fonction de la nature du liquide biologique considéré. Le système de réfrigération du pot d'échantillonnage 3 ne sera pas décrit car il peut être réalisé par tout moyen habituellement utilisé en laboratoire permettant des conditions de réfrigération compatibles avec l'obtention et le maintien du caractère de stérilité du ou des échantillons prélevés. Une description plus détaillée d'un mode de réalisation avantageux d'un pot d'échantillonnage 3 sera donnée en liaison avec la figure 2.
La figure 2 précitée représente une vue en coupe selon un plan longitudinal de symétrie d'un pot d'échantillonnage 3 selon un mode de réalisation avantageux du système objet de l'invention.
Selon la figure précitée, le pot d'échantillonnage comprend un orifice 30 d'entrée d'échantillon, cet orifice 30 étant directement relié en sortie de la pompe péristaltique 20. L'orifice d'entrée d'échantillon 30 est lui-même relié à une chambre 31 d'admission d'échantillon, cette chambre d'admission étant munie d'un répartiteur 310. Un évent 31 1 est prévu, cet évent étant en communication avec la chambre d'admission 31 précitée. Le répartiteur 310 peut être constitué avantageusement par un élément conique de révolution muni de trous traversants parallèles à l'axe longitudinal du pot d'échantillonnage 3. Les trous traversants précités sont en communication avec une chambre de réception d'échantillon 32. La chambre de réception d'échantillon 32 est elle-même en communication avec un orifice de sortie d'échantillon 33, lequel est lui-même relié au circuit de distribution CD, ainsi qu'il sera décrit ultérieurement dans la description.
Ainsi qu'on l'a représenté en outre en figure 2, la chambre de réception 32 d'échantillon est munie d'une pluralité d'électrodes 320, 321, 322. Les électrodes précitées constituent des sondes de niveau de liquide biologique échantillonné. De façon non limitative, l'électrode 320 peut correspondre à un volume d'échantillons prélevés minimum, l'électrode 321 peut correspondre à un volume d'échantillons prélevés intermédiaire, et l'électrode 322 peut correspondre à un volume d'échantillons prélevés maximum.
Le corps du pot d'échantillonnage peut alors être réalisé en un matériau inerte au liquide biologique, tel que par exemple des plastiques alimentaires ou analogue. Ainsi qu'on l'a représenté en outre en figure 1, l'orifice de sortie 35 du pot d'échantillonnage est connecté au circuit de distribution CD par l'intermédiaire d'une électrovanne à deux voies 35. Cette même électrovanne à deux voies 35 est elle-même interconnectée à une électrovanne à trois voies 36, dont une entrée est connectée à l'electro¬ vanne à deux voies 35, une première sortie directe est connectée à une canalisation d'évacuation ou égout et une deuxième sortie commandée est reliée vers un tube de distribution ou vers un collecteur de fraction d'échantillon. En outre, ainsi qu'on l'a représenté en figure 1, l'évent 31 1 sur la figure 2 est lui-même relié par l'intermédiaire d'une électrovanne à trois voies 37, d'une part, vers une canalisation d'évacuation ou égout en liaison directe et, d'autre part, en liaison commandée vers une source de pression d'un gaz inerte ou liquide biologique échantillonné. Dans un mode de réalisation avantageux du système, objet de l'invention, tel que représenté en figure 1, la liaison entre la première électrovanne à trois voies 421 et l'extrémité du module de prélèvement relié au module de filtration 1 est effectuée par l'intermédiaire d'une vanne multivoies de sélection 21. Les entrées multiples de la vanne de sélection 21 peuvent être reliées séquentiellement à un réacteur différent déterminé, chaque réacteur pouvant contenir des solutions biologiques différentes ou des lots différents d'une même solution biologique. La sortie de la vanne multivoies de sélection 21 est directement connectée à la première électrovanne à trois voies 421. Sur la figure 1 , les électrovannes à deux voies et les électrovannes à trois voies ont été représentées de manière symbolique, les électrovannes à deux voies comportant une entrée d'admission A et une sortie de refoulement r, la mise sous tension de l'electrovanne provoquant l'admission par l'entrée Λ et le refoulement par la sortie r du fluide considéré. De même, les électrovannes à trois voies ont été représentées comme comportant une entrée d'admission A, une sortie de refoulement ou entrée r et une entrée auxiliaire P, l'absence de commande en tension de l'electrovanne à trois voies considérée permettant la transmission d'un fluide entre l'entrée d'admission A et la sortie de refoulement r ou réciproquement, alors que la commande en tension de l'electrovanne à trois voies considérée a pour effet la transmission d'un fluide différent entre l'entrée auxiliaire P et la sortie de refoulement r. Le fonctionnement de l'ensemble du dispositif ou système objet de l'invention, tel que représenté en figure 1, sera décrit ultérieurement dans la description.
Une description plus détaillée du module de filtration 1 sera maintenant donnée en liaison avec la figure 3. Conformément à la figure précitée, le module de filtration 1 comporte avantageusement un corps de filtre central 10 formant axe de montage d'un élément de filtration et un élément de filtration amovible 1 1 formé par un manchon en matériau céramique. L'élément de filtration amovible I I est engagé sur l'axe de montage 10. La liaison entre les bords de section droite de l'élément de filtration 1 1 et les surfaces d'appui de l'axe de montage 10 est effectuée au moyen de joints d'étanchéité notés 100, 110 sur la figure 3. Les joints d'étanchéité peuvent avantageusement être constitués par des joints au silicone.
Selon un aspect particulièrement avantageux du système objet de l'invention, l'élément de filtration 11 est constitué par un manchon cylindrique 112, ainsi que représenté en figure 4, en coupe selon un plan de symétrie longitudinal du manchon. Ce manchon cylindrique 1 12 peut avantageusement être constitué en céramique de diamètre moyen de pores de l'ordre de 10 μm. En outre, ainsi qu'on l'a représenté sur cette même figure 4, une couche interne 1 14 et une couche externe 113 en céramique greffée sont prévues sur les surfaces latérales interne et externe du manchon cylindrique précité. Les couches interne 114 et externe 113 greffée présentent un diamètre moyen de pores inférieur ou égal à 0,2 μm et font office de membrane filtrante. En outre, en vue de garantir une étanchéité absolue du montage, un émaillage ou dépôt d'une couche de résine époxy 1 15, 1 16 est prévue aux deux extrémités de l'élément de filtration 11. L'émaillage ou le dépôt précité peut recouvrir les extrémités précitées sur une longueur de 1 cm environ. Les couches externe 113 et interne 114 sont constituées en alumine de diamètre moyen de pores compris entre 0,1 et 0,4 μm, de préférence de 0,2 μm, et le manchon cylindrique 112 en alumine α d'un diamètre de pores de 10 μm à 15 μm environ. Le manchon cylindrique 112 et les couches interne 1 14 et externe 113 sont liés de façon monolithique par frittage.
Ainsi qu'on l'a en outre représenté en figure 3, l'axe de montage 10 comporte avantageusement une canalisation interne centrale 105 abouchant à la partie opposée de la partie distale de l'axe de montage 10 précité. La canalisation interne centrale 105 abouche ainsi à l'intérieur de l'élément de filtration 11 ou du manchon cylindrique 112 précité et constitue l'extrémité des moyens de prélèvement 2. Sur la figure 3, les orifices par lesquels le canal interne central 105 abouche dans le manchon 112 sont notés 1050 et 1051.
Une description plus détaillée des moyens de commande et de calcul 5 sera donnée en liaison avec les figures 1 et 5.
Ainsi qu'on l'a représenté en figure 1, les moyens 5 de commande et de calcul peuvent être constitués avantageusement par un microprocesseur CPU interconnecté à des circuits d'interface 51 et 52 et comportant en outre une mémoire de programme 50.
Les circuits d'interface précités comportent avantageusement une première série 51 de circuits d'interface de commande de prélèvement. Ces circuits d'interface de la première série 51 peuvent consister chacun en un circuit de conversion numérique analogique délivrant à chacune des électrovannes à trois voies précédemment décrites et à la pompe péristaltique 20 une tension de commande de marche ou d'arrêt par exemple.
De même, la deuxième série 52 de circuits d'interface de détection de niveau d'échantillon peut consister, pour chacun des interfaces, en un circuit de conversion analogique numérique délivrant au microprocesseur CPU des messages correspondants de niveau d'échantillon dans le pot d'échantillonnage 3. La mémoire de programme 50 peut avantageusement être constituée par une mémoire morte ROM dans laquelle un programme de conduite séquentielle du prélèvement d'échantillon est implanté.
Ainsi qu'on l'a représenté en figure 5, le programme de conduite séquentielle du prélèvement d'échantillon peut comporter avantageusement un premier sous programme 1000 permettant d'assurer une phase de prédécolmatage de l'élément de filtration 1 par admission d'un gaz inerte vers le réacteur ou fermenteur R. Dans ce cas, la troisième électrovanne à trois voies est commandée en tension, électrovanne 423, et les première et deuxième électrovannes à trois voies sont au repos, électrovannes 421, 422.
Le premier sous programme 1000 est ensuite suivi d'un deuxième sous programme 1001 permettant de placer le système, objet de l'invention, en une phase d'attente pendant une durée de quelques secondes par exemple. Dans ce cas, aucun des éléments de prélèvement n'est excité.
Le deuxième sous programme 1000 précédemment mentionné est alors suivi d'un troisième sous programme 1002 permettant d'assurer une phase de prélèvement proprement dite. Dans ce cas, la pompe péristaltique 20 est alors commandée en tension périodiquement et l'arrêt de la phase de prélèvement est effectué sur détection par le micro¬ processeur CPU des messages correspondants de niveau d'échantillon dans le pot d'échantillonnage 3.
Le troisième sous programme 1002 est ensuite suivi d'un quatrième sous programme 1003 permettant d'assurer une phase de transfert de l'échantillon contenu dans le pot d'échantillonnage 2 vers les circuits analyseurs ou, tout au moins, vers les circuits de distribution CD par l'intermédiaire des électrovannes 35 et 36. Le quatrième sous programme 1003 permet par exemple, suite à l'ouverture des électrovannes 35 et 36, de commander en tension l'electrovanne 37 de façon à envoyer dans le pot d'échantillonnage 3 à la partie supérieure de celui-ci relativement à l'échantillon contenu dans le pot d'échantillonnage précité une surpression de gaz inerte au liquide biologique constituant l'échantil- Ion. Cette surpression permet d'assurer un transfert de la totalité de l'échantillon vers le collecteur de fractionnement selon une séquence prédéterminée.
Le quatrième sous programme 1003 précédemment décrit est alors suivi d'un cinquième sous programme 1004 permettant d'assurer un rinçage à l'eau par commande en tension de la première électrovanne 421, la deuxième électrovanne 422 à l'état non excité délivrant l'eau de rinçage vers le pot d'échantillonnage 3 par l'intermédiaire de la pompe péristal¬ tique 20 commandée elle-même en tension. Le rinçage, bien entendu, peut être effectué en permanence pendant une durée déterminée.
En outre, suite au cinquième sous programme 1004 précédem¬ ment mentionné, succède un sixième sous programme 1005 de lavages successives de durées de quelques secondes par exemple du pot d'échan¬ tillonnage 3 et des canalisations par l'intermédiaire de la première électrovanne à trois voies 421 et de la pompe péristaltique 20.
Enfin, un septième sous programme 1006 de séchage du pot d'échantillonnage est prévu afin d'assurer le séchage du pot d'échantillon¬ nage précité et des canalisations pendant quelques minutes par l'intermé¬ diaire de la commande en tension de la première 421 et deuxième électrovanne à trois voies 422 et de la pompe péristaltique 20.
Bien entendu, la succession des programmes précités n'est pas limitative, un sous programme pouvant être appelé de manière arbitraire de façon à constituer une séquence appropriée en fonction de l'application considérée. Ainsi, il est possible entre le sous programme de phase de prélèvement 1002 et le sous programme de phase de transfert échantillon vers les circuits analyseurs 1003 d'insérer un appel du sous programme de phase de décolmatage 1000 pour constituer un nouveau décolmatage de l'élément de filtration 1.
Un tableau récapitulatif d'un cycle de prélèvement automa- tique préférentiel est donné ci-après dans la description, ce tableau indiquant à titre d'exemple non limitatif, d'une part, les sous programmes appelés, les numéros des séquences correspondantes, les opérations unitaires correspondant à chaque séquence, la durée de ces opérations et les électrovannes et éléments du système représentés en figure 1 commandés en tension.
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Bien entendu, les durées précitées sont données à titre indicatif et sont susceptibles d'être modifiées pour adaptation aux différents types de culture ou milieux biologiques. Par exemple, la durée de la séquence n° 5 de décolmatage peut être augmentée jusqu'à 3 à 4 secondes si nécessaire et la séquence 6 de transfert peut être de l'ordre de 10 secondes. Celle de la séquence 9 est très rapide et celle de la séquence 10 est quelconque. On notera que dans un mode de réalisation particulièrement avantageux du système objet de l'invention, le microprocesseur CPU peut avantageusement être constitué par un microprocesseur 8 bits normalement disponible dans le commerce. Dans ce cas, le microprocesseur CPU peut être interconnecté par une liaison de type bus vers un microordinateur, lequel permet d'assurer un fonctionnement interactif du système objet de l'invention avec un utilisateur, le système, objet de l'invention précité, pouvant alors être programmé.
Dans le cas où le microprocesseur CPU est constitué par un microprocesseur 8 bits, il est alors avantageux d'affecter chaque bit du mot de 8 bits traité par le microprocesseur considéré à l'un des éléments tel que électrovanne à deux voies ou trois voies ou pompe péristaltique du dispositif représenté en figure 1 par l'intermédiaire de l'interface de commande correspondante 51. Ainsi, chaque séquence correspond simple¬ ment à un mot de 8 bits constituant le sous programme 1000 à 1006 représenté en figure 5. Chaque bit de valeur 0 ou 1 peut alors permettre, par l'intermédiaire des interfaces de commande 51 précitées, de com¬ mander en tension ou, au contraire, de supprimer cette commande en tension pour les électrovannes ou la pompe péristaltique considérée.
Dans un mode de réalisation particulier non limitatif, le microprocesseur CPU et les circuits d'interface sont remplacés par un automate programmable. L'automate programmable utilisé était un automate programmable de marque LÔCKNER-MOELLER type PS3-DC.
Un tel mode de réalisation permet une utilisation plus souple du système.
On a ainsi décrit un système échantillonneur automatique d'un liquide biologique à prélèvement stérile particulièrement avantageux.
En effet, le système, objet de l'invention, permet une mise en place "in situ" en l'absence de boucle de recyclage. Ensuite, le système, objet de l'invention, permet d'assurer un prélèvement d'échantillon en l'absence de contrainte sur les cellules animales, végétales ou microorga¬ nismes du milieu biologique dans lequel l'échantillon doit être prélevé, le système, selon l'invention, étant en cela non destructeur. En outre, le système selon l'invention permet d'obtenir un comportement stérile en l'absence de nécessité d'une stérilisation à la vapeur conformément aux dispositifs de l'art antérieur.
De même, l'utilisation d'un élément de filtration de porosité de 0,2 μm ou en deçà en couche externe, simple ou double permet d'effectuer un échantillonnage de milieu biologique comportant des bactéries.
En outre, la simplicité de conception du système représenté en figure 1 permet d'obtenir, d'une part, une grande fiabilité de fonctionne¬ ment de l'ensemble à très faible volume mort, ce qui permet une filtration de petit volume avec un court temps de latence.
Bien entendu, un autre avantage du système, objet de l'invention, est le contrôle permanent du colmatage de l'élément de filtration par une première séquence de prédécolmatage puis une séquence de décolmatage, suite à la séquence de prélèvement. En outre, le système, objet de l'invention, permet le choix d'un volume d'échantillonnage constant quelle que soit la quantité de gaz dissous et désorbant, la concentration en cellules du milieu biologique considéré, la taille de ces cellules ou encore la pression interne dans le réacteur R.
En outre, les cartouches de l'élément de filtration 1 amovible sont facilement réutilisables et interchangeables.
Le système, objet de l'invention, permet également une utilisation modulaire à partir de la taille des petits réacteurs ou fermenteurs de laboratoire de contenance de deux litres jusqu'à la taille industrielle. L'utilisation du système, tel que représenté en figure 1, est facilitée par la mise en surpression du réacteur ou fermenteur R, ce qui permet d'envisager une utilisation avec des milieux ou liquides biologiques relativement visqueux. Enfin, une analyse de produits volatils précise peut être effectuée grâce à la réfrigération du pot d'échantillonnage ou de molécules peu ou pas volatiles.
Des tests de stérilité et de bon fonctionnement du dispositif ou système selon l'invention, tel que représenté en figure 1, ont été effectués selon deux processus différents :
. par simulation de prélèvement répétitif à intervalles de 2 heures pendant une durée de 2 semaines sur un milieu synthétique classique de fermentation, stérile et sans ensemencement de microorganismes, . puis par injection de milieu fortement chargé en bactéries de petite taille de l'extérieur du module de filtration vers l'intérieur du fermenteur, c'est-à-dire dans un milieu stérile.
Les résultats obtenus ont été très satisfaisants puisqu'aucune contamination du milieu contenu dans le fermenteur n'a été observée. Le bon fonctionnement du système a par ailleurs été testé sur la qualité des prélèvements à partir de fermentations utilisant différents microorganismes avec des levures telles Saccharomyces uvarum et
Saccharomyces cerevisiae, des bactéries comme Escherichia coli et
Clostridium acetonobutylicum et enfin un mélange de bactéries, levures et champignons filamenteux. Quelles que soient les conditions opératoires, l'échantillon prélevé a toujours été exempt de microorganismes. De plus, les suivis en ligne, grâce au couplage chromatographe en phase gazeuse/ échantillonneur, de fermentations anaérobies comme la production d'éthanol par S. uvarum ou d'acétone-butanol par C. acetonobutylicum, ont montré une excellente concordance entre les analyses en ligne et celles réalisées par prélèvement manuel hors ligne.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système échantillonneur automatique d'un liquide biolo¬ gique à prélèvement stérile, ledit système échantillonneur comprenant un module de prélèvement dans un réacteur du liquide biologique, un module de filtration relié à un pot d'échantillonnage, un circuit de distribution du ou des échantillons vers des moyens analyseurs et des moyens de commande et de calcul interconnectés respectivement au module de prélèvement, au module de filtration, au pot d'échantillonnage et au circuit de distribution du ou des échantillons pour assurer une commande séquentielle de la prise d'échantillons, caractérisé en ce que ledit module de filtration (1) est placé en extrémité dudit module de prélèvement (2) dans le réacteur (R), ledit pot d'échantillonnage (3) étant directement connecté en sortie du module de prélèvement (2) et en ce que ledit système échantillonneur comporte, en outre, au moins, un premier circuit (40) d'injection d'un gaz inerte au liquide biologique permettant d'assurer un prédécolmatage et/ou un décolmatage dudit module de filtration (1) par injection dudit gaz vers le réacteur (R).
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un deuxième circuit (41) d'injection d'une eau de rinçage des circuits assurant la liaison entre ledit réacteur (R) et le pot d'échantillonnage (3) et un troisième circuit (42) d'injection d'air sec dans les circuits assurant la liaison entre ledit réacteur (R) et le pot d'échantillonnage (3).
3. Système selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits premier (40), deuxième (41), troisième (42) circuits d'injection d'un gaz inerte, d'une eau de rinçage, d'un air sec sont constitués par :
. une première électrovanne (421 ) à trois voies interconnectée en liaison entre l'extrémité dudit module de prélèvement relié au module de filtration (1) et ledit pot d'échantillonnage (3), et recevant, sur une entrée auxiliaire, l'eau de rinçage ou l'air de séchage, une deuxième électrovanne à trois voies (422) connectée en liaison entre le circuit d'amenée d'eau de rinçage et ladite entrée auxiliaire de la première électrovanne, et recevant, sur une entrée auxiliaire, ledit air de séchage, . une troisième électrovanne à trois voies (423) connectée en liaison entre la première électrovanne et ledit pot d'échantillonnage (3) et dont une entrée auxiliaire reçoit ledit gaz inerte au liquide biologique.
4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite troisième électrovanne est interconnectée audit pot d'échantillon- nage par l'intermédiaire d'une pompe péristaltique (20).
5. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit pot d'échantillonnage (3) est un pot réfrigéré.
6. Système selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit pot d'échantillonnage (3) comprend : . un orifice (30) d'entrée d'échantillon,
. une chambre (31) d'admission d'échantillon muni d'un répartiteur (310),
. un évent (311) en communication avec ladite chambre d'admission (31),
. une chambre de réception d'échantillon (32) en communication avec ladite chambre d'admission (31), ladite chambre de réception d'échan- tilion (32) étant munie d'une pluralité d'électrodes (320, 321, 322) constituant sondes de niveau de liquide biologique échantilloné.
7. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la liaison entre ladite première (421) électrovanne à trois voies et l'extrémité dudit module de prélèvement relié au module de filtration (1) est effectuée par l'intermédiaire d'une vanne multivoies de sélection (21) dont les entrées multiples peuvent être reliées séquentielle¬ ment à un réacteur déterminé et dont la sortie est directement connectée à ladite première électrovanne trois voies (421).
8. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit module de filtration (1) comporte :
. un corps de filtre central (10) formant axe de montage d'un élément de filtration, . un élément de filtration amovible (1 1 ) formé par un manchon en matériau céramique et engagé sur ledit axe de montage ( 10), la liaison entre les bords de section droite dudit élément de filtration (1 1 ) et les surfaces d'appui dudit axe de montage ( 10) étant effectuée au moyen de joints d'étanchéité (100, 1 10).
9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit élément de filtration ( 1 1) est constitué par :
. un manchon cylindrique (1 12) céramique de diamètre moyen de pores de l'ordre de 10 μm, , une couche interne (1 14) et une couche externe (1 13) en céramique greffées sur les surfaces latérales interne et externe dudit manchon cylindrique, lesdites couches interne (1 14) et externe (1 13) greffées présentant un diamètre moyen de pores inférieur ou égal à 0,2 μm.
10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits circuits d'interface comportent :
. une première série (51 ) de circuits d'interface de commande de prélèvement, lesdits circuits d'interface de la première série consistant chacun en un circuit de conversion numérique analogique délivrant à chacune des électrovannes trois voies et à ladite pompe péristaltique une tension de commande de marche ou d'arrêt,
. une deuxième série (52) de circuits d'interface de détection de niveau d'échantillon, lesdits circuits d'interface de la deuxième série consistant chacun en un circuit de conversion analogique numérique délivrant audit microprocesseur des messages correspondants de niveau d'échantillon dans le pot d'échantillonnage.
1 1. Système selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que lesdits circuits d'injection (40, 41, 42) sont commandés séquentiellement par des moyens (5) de contrôle et de calcul constitués par un microprocesseur interconnecté à des circuits d'interface (51 , 52) et comportant une mémoire de programme (50), et en ce que ledit microprocesseur comporte, implanté en mémoire morte (50) associée audit microprocesseur, un programme de conduite séquentielle du prélèvement d'échantillon, ledit programme comportant au moins : un premier sous programme (1000) permettant d'assurer une phase de prédécolmatage dudit élément de filtration par admission d'un gaz inerte vers le réacteur, ladite troisième électrovanne à trois voies étant commandée en tension et lesdites première et deuxième électrovannes à trois voies étant au repos, un deuxième sous programme (1001) permettant de placer le système en une phase d'attente pendant une durée de quelques secondes, aucun des éléments de prélèvement n'étant excité, un troisième sous programme (1002) permettant d'assurer une phase de prélèvement proprement dit, ladite pompe péristaltique étant commandée en tension périodiquement, l'arrêt de la phase de prélèvement étant effectué sur détection par ledit microprocesseur des messages corres¬ pondants de niveau d'échantillon dans le pot d'échantillonnage, un quatrième sous programme (1003) permettant d'assurer une phase de transfert de l'échantillon contenu dans le pot d'échantillonnage vers les circuits analyseurs, un cinquième sous programme (1004) permettant d'assurer un rinçage à l'eau par commande en tension de ladite première électrovanne, ladite deuxième electrovanne, à l'état non excité, délivrant ladite eau de rinçage vers le pot d'échantillonnage, par l'intermédiaire de la pompe péristaltique commandée en tension, ledit rinçage étant effectué pendant une durée prédéterminée, un sixième sous programme (1005) de lavages successifs de durées de quelques secondes du pot d'échantillonnage et des canalisations par l'intermédiaire de la première electrovanne à trois voies et de la pompe péristaltique, un septième sous programme (1006) de séchage du pot d'échantillonnage et des canalisations pendant quelques minutes, par l'intermédiaire de la commande en tension de la première et deuxième électrovanne à trois voies, de la pompe péristaltique.
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