WO2012059701A2 - Dispositif et procede de gestion de microplaques dans un systeme de traitement automatise, et procede de traitement de ces microplaques. - Google Patents

Dispositif et procede de gestion de microplaques dans un systeme de traitement automatise, et procede de traitement de ces microplaques. Download PDF

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gripping
container
containers
microplate
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Daniel Frayssinhes
Yves Loire
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Cybio France Sarl
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Definitions

  • the present invention relates to an electronic device for managing, for example measurement or handling, a standardized container including the "microplate" format within an automated treatment system or biological or chemical analysis.
  • this management apparatus comprises:
  • gripping means possibly simple positioning, arranged to achieve a gripping and / or handling of one or more such containers.
  • This device can be used at a processing station to receive all the containers, or be attached to one of the containers to browse all the processing stations.
  • the invention further relates to a method of container management by such an apparatus, as well as a system and method of processing implementing such apparatus.
  • the different products to be mixed together are manipulated by robotic equipment, and the whole process is controlled and monitored by computer.
  • the growth of large-scale DNA analyzes, for example by PCR-type processes, has increased the need for this type of analysis and makes it worthwhile to improve the productivity and reliability of these processes and the corresponding equipment.
  • an automated system which integrates a large part or even all the stations of the treatment to be performed, which includes a computerized monitoring of the products and samples processed.
  • Such an installation comprises one or more robotic actuators, for example a robotized container transfer arm called a "gripper", or a robotic pipetting instrument that takes a precise dose of a liquid in a container to transfer it to another container where it will be done next a reaction.
  • This container can then be moved to another location for another operation, and / or stored in a holding position during the reaction, possibly in a reactor providing specific conditions such as chemical atmosphere, temperature, pressure or humidity.
  • microplate For reasons of flexibility, reliability of analysis and productivity, among others, very often containers of a standardized type, called a microplate or "microplate" are used. Such a container most often comprises a monolithic surface pierced with a large number of wells of a few millimeters in diameter which are independent of each other.
  • Other types of microplates also exist which are here encompassed under the same name, for example a basket or rack comprising locations in which are inserted as many removable individual tubes, performing a function similar to the wells of a monolithic plate.
  • the same plate may comprise for example 96 or 384 wells.
  • Several wells of the same microplate are often processed in parallel by multi-head pipetting instruments, which can be ordered together or separately.
  • This geometry is governed by a standard called "SBS” (ANS17 SBS 1-2004), which allows compatibility of all plates with most robots and machines specialized in this field.
  • This geometry comprises for example a rectangular base which is provided with a skirt protruding slightly horizontally around the base, and which sometimes has two chamfered corners cut and marking surfaces.
  • This standardized form allows all compatible robots to use a robotic arm with a compatible slot to receive, grasp and hold all plates securely, accurately and repeatably.
  • Microplates are used regularly to prepare, transport or store chemical or biological compounds
  • GB 2 431 006 discloses a measuring and recording device which can be fixed in a microplate location, and provided to follow the overall course of the treatment in place of a microplate. However, it does not allow measurement of parameters on the microplate itself, and reduces the productivity of the installation by taking the place of a microplate.
  • Measuring devices can also be integrated in an automated installation, but are not always adapted or positioned at the right place for all the different treatments that can be programmed, and often represent a cost and complexity that are not necessarily justified by a use. sufficiently intensive, and can not always be purchased and installed in a timely manner for a specific request. This type of operation is also necessary when setting up new equipment or rearranging existing equipment to qualify or calibrate one or more processing stations.
  • An object of the invention is thus to overcome the disadvantages of the state of the art, and in particular to improve the capabilities, integration, productivity, stability and reliability of treatments, while minimizing the cost of materials used as well as the complexity of setting up each of the feasible treatments.
  • the invention also seeks to increase the flexibility of operation of an installation, within a given treatment, for example in the event of an incident, but also the flexibility of a given installation and its flexibility of adaptation between two different treatments.
  • the invention also seeks to extend the possibilities of achievable processing while limiting the additional costs and processing times.
  • the invention proposes for this purpose a management apparatus, within an automated system for the biological or chemical treatment of samples, of a container with multiple containers having a gripping format including a determined gripping geometry, in particular in the format " microplate "and for example SBS.
  • This apparatus is of the type that includes digital interface means with a digital data processing system.
  • this container management apparatus comprises: on the one hand a fixing part arranged to allow it to be maintained or manipulated in place of a container of the same size; and - On the other hand gripping means, arranged to achieve a gripping and / or handling of at least one container in this format.
  • this apparatus is of a geometry arranged to fit inside the microplate format over its entire height.
  • it is preferably provided at least one position in which the entire apparatus is inside the perimeter of the microplate format over its entire height.
  • the term "gripping" here must be taken in a broad sense. It can thus be a simple positioning or displacement of the container without restraint, for example by fixed or movable wedges determining by their geometry the position that will take a container. Of course, it can also be a fixation by means of retaining means, fixed or mobile, with or without positioning, such as for example the arms of a gripper, or shoulders forming a groove for retaining the lower bead of microplates.
  • management operations different types of operations that are carried out peripherally on the container or around it during the overall processing, and most often in the margin of the processing operations applied to the samples themselves. - same.
  • These operations may be for example mechanical type, such as for example a displacement between two locations or positions, or a rotation of the container in a location, or a stirring within a station. They may also be of the physico-chemical type such as for example a monitoring-quality measurement such as a control of a size of environment or a size of the contents of the containers; or an operational safety check of the installation as collision avoidance; or a verification of the correct operation of one or more processing operations, such as a verification of the quantities withdrawn or injected; or a control of the occupation of the different wells or receptacles of the plates.
  • a monitoring-quality measurement such as a control of a size of environment or a size of the contents of the containers
  • an operational safety check of the installation such as collision avoidance
  • a verification of the correct operation of one or more processing operations such as a verification of the quantities withdrawn or injected; or a control of the occupation of the different wells or receptacles of the plates.
  • the invention also proposes a management method, within an automated biological treatment system or chemical sample, a container with multiple containers having a format including a determined gripping geometry, especially in "microplate” format.
  • This method uses an electronic management apparatus comprising digital interface means with a digital data processing system. According to the invention, this method comprises:
  • this management method can include:
  • the invention also proposes a method for automated biological or chemical sample processing within an automated system comprising robotic means arranged according to a determined gripping format, in particular the "microplate” or "SBS” format, for handling between several locations in this format containers with multiple containers themselves conform to this format.
  • this method then comprises at least one step of managing one or more containers by an apparatus or according to a method as explained above. Benefits brought
  • the management apparatus can be easily integrated into a robotic system to insert such a management operation without degrade the inherent qualities of this automation.
  • the invention thus provides a flexibility of use and adaptation of the system, saving space and locations and resources, automated integration of additional peripheral operations, and maintains and improves the reliability and reliability of the system. treatment stability. It allows you to insert a device into an existing system, without locking a system location or manipulator, in an integrated way within the automated container flow, and without introducing manual operations.
  • Such missing features may be for example an insufficient number of manipulators or "seize", or a dimension or insufficient stroke, or an axis of rotation not available.
  • the invention also makes it possible to produce a whole range of peripherals with different functions, by adding the corresponding means from a common base comprising the fixing and gripping functionalities.
  • this device is not intended to be fixed in a location of a robotic system, of any type whatsoever. It is a fixed measuring device, intended for a measurement at a precise point in the process. It can not be manipulated by the robotic system, it does not seek the versatility achieved by the invention, and is designed for a different purpose. Robotic manipulation operations
  • the management apparatus more particularly comprises means for handling a container, which may or may not be included in the gripping means.
  • These handling means then include at least one actuator (122 Fig. 1) arranged to move or orient this container along one or more axes.
  • These handling means may include, not exclusively, alone or in combination: actuators displacement, rotation, translation, elevation, descent, inclination, vibration.
  • Such operations can bring greater flexibility of use of the system, or a gain in productivity. It may be to achieve a change of orientation of the container, to better exploit the capabilities of a robotic tool operating on this site, or on previous or subsequent locations. This operation may make it possible, for example, to use a greater number or the totality of the pipetting heads of a multi-channel arm when these channels are aligned in a direction that does not correspond to the orientation of the container within the previous station. treatment.
  • the method according to the invention comprises, in at least one processing station comprising at least one robotic grip location in the format concerned, at least one step of moving or orienting a plurality of different containers, for each of them during its passage in said location, by a handling device controlled by management means or control of the automated system.
  • this handling operation can be done in this same location, before or after a treatment operation, or both.
  • the handling apparatus is fixed at this location by a fixing part conforming to this gripping format, and comprises gripping means themselves conforming to this format and which receive these containers in place of the gripping means of the gripper. location itself.
  • the management apparatus more particularly comprises electronic means for capturing or measuring at least one physical or chemical quantity, which communicate with memory means and / or the digital interface means for storing and / or transmitting the data thus obtained.
  • capture or measurement means may include, non-exclusively, alone or in combination: 3D accelerometer, temperature sensor, brightness sensor, color sensor, humidity sensor, strain gauges, pressure sensor, composition sensors chemical, oxygen or CO2 or ozone sensors, CCD camera, acoustic emission or measurement system, conductivity, inductance, magnetism, fluorescence measurement, optical LED or laser diode system, measurement or generation of current, voltage, radiation.
  • These capture or measurement means may be arranged to provide data relating to the environment of the container, or even its contents.
  • They can also be arranged to provide data relating to the container itself, its content, and / or both. It can be for example the weight, color, shape, height, number and position of filled containers, etc.
  • the apparatus according to the invention can be provided and used for an operation here called “mobile”, that is to say that it traverses and undergoes the overall treatment process, in whole or in part, in the same way that it was a container.
  • the device can thus make measurements within the overall processing or "IN-PROCESS". These measurements can be done online with real-time information transfer, or offline with temporary data storage.
  • the combination of its fixing and gripping means allows it to receive a standard container, which will thus normally undergo the overall process of treatment.
  • the invention also makes it possible to measure not only data on the different treatment stations, but also on the containers and samples themselves, during the different operations. as in the course of moving between treatment stations.
  • the digital interface means comprise wireless communication means (182), for example radio such as wifi or bluetooth, or RFID.
  • the apparatus comprises energy storage means providing energy autonomy to at least part of its functions between two operations of reloading said energy storage means.
  • the reloading can be done manually. It can also be done automatically within the installation, for example comprising an electrical input socket coming into electrical contact with an electrical output socket present in one or more of the locations in the gripping format of the automated system, or by close electromagnetic influence in one or more of these locations.
  • the apparatus according to the invention can also be provided and used for an operation here called “fixed”, that is to say that it remains in a given location and successively receives several of the treated containers, or even all of them. .
  • the apparatus according to the invention is intended to be used in situ on various robots, for example measuring robots where it is useful or even necessary to take into account environmental conditions: for example vibrations, inclinations, temperature, humidity.
  • Corresponding sensors can thus be implemented, for example within the functional module or in communication with it, in order to provide information on these conditions and to apply a hardware and / or software correction to the results of the measurements provided by the measurement robot.
  • the environmental parameters will then be registered in association with the data, for example in order to provide information on the reliability of the measurements.
  • the apparatus allows control of all containers passing through the location where it is positioned. This may be for example to check the conformity of all containers at this point of passage, detect filling errors, or evaluate the variations from one container to another, or perform a quality control of previous items, or qualify a treatment station.
  • the invention thus makes it possible to measure, process and record the data coming from the various measurement sensors present in the basic module or in the specific functional module while the microplates are being processed within the PLC which carries the data. management apparatus.
  • the digital interface means of the apparatus may comprise computer communication means by fii connection, for example with an energy supply for operation and / or recharge, as a connection according to the USB standard.
  • the digital interface means can thus comprise both communication means by fii connection and wireless communication means.
  • Various embodiments of the invention are provided, integrating, according to all of their possible combinations, the various optional features set forth herein. List of Figures
  • FIGURE 1 is a block diagram illustrating the invention in a mixed embodiment
  • FIG. 2 is a simplified perspective view showing a treatment station provided with an apparatus according to the invention in an exemplary embodiment with a fixed station, for weighing and rotating microplate containers;
  • FIGURES 3a and b are perspective views of an apparatus according to the embodiment of FIGURE 2 in two different rotational positions;
  • FIGURE 4 is a perspective view illustrating an apparatus according to an exemplary embodiment with rotation and controlled retaining means
  • FIGURE 5 is a perspective view illustrating an apparatus according to an exemplary one-piece embodiment, for mobile use
  • FIG. 6 is a simplified perspective view showing a group of processing station containers provided with an apparatus according to the embodiment of FIG. 5 in mobile use for controlling the processing circuit of the microplate containers;
  • FIG. 7 is a simplified top view of an integrated robotic installation illustrating various uses of one or more apparatuses according to the invention within a global circuit for processing microplate containers.
  • the apparatus according to the invention in the SBS format in the present example, allows the in-situ and in-process measurement of parameters which until now was sometimes measurable only off-line, that is to say, it was necessary to remove the microplate from the PLC or the automated circuit to perform the measurement.
  • the device also makes it possible to perform "out-process” measurements, that is to say outside of an automated circuit, which reinforces its versatility.
  • FIGURE 1 is illustrated an example of apparatus according to a so-called mixed embodiment of the invention.
  • the device 1 comprises gripping means 130, which may comprise positioning means 131 and / or retaining means 132.
  • microplate 9 directly on the apparatus 1 according to the invention, and to position it therein or fix it there by its own fastening part 91. Once fixed on the gripping means 130 of 1, it is possible to perform the usual operations on the microplate 9, while communicating the results in real time to the software executed by the computer 800 of the controller 80.
  • the device 1 also includes an attachment portion 110 in the form of a microplate-shaped base, by which it can be manipulated as if it were a microplate. It can thus be arranged or removed from the plane of the automaton either by an operator, or by the arm "seize" of the automaton if it has one.
  • This common part comprises in particular the attachment portion 110, the gripping means 130, and a so-called control module 100 bringing together the various electronic and mechanical elements common to the different devices of the same range.
  • This control module 100 here comprises a main control unit, for example a microcontroller, communicating with:
  • a “function” communication unit which communicates with one or more functional modules 120 managing the components realizing the specific functionalities of each device of the range;
  • a “data” communication unit which manages a digital interface and communicates with the outside 800 to transmit the measured or obtained data and receive operating instructions, through wire communication means 181 and / or wireless 182;
  • a power management unit managing the use and recharging of accumulators 171 providing a partial or total energy autonomy, particularly in mobile use.
  • This control module 100 may include, but not be limited to, a real-time clock, a computer, a buffer memory, a storage memory, a wireless communication module, a communication module, a battery, a management device battery, analog and / or digital inputs and outputs.
  • the functional module 120 comprises detection means 121 which measure or capture one or more physico-chemical quantities of the environment E, or the microplate 9 and the contents of its containers 92, or both.
  • a base station 60 may also be provided, for example also comprising gripping means 630 in the microplate format, which may be used to recharge the micro or devices 1, within the processing circuit of the controller 80 or in outside.
  • This base station 60 may be integrated in the automated installation 80 or form a separate device provided with a power supply including a transformer and a power cord 29.
  • the device 1 can then be arranged, manually or robotically, in the location formed by the gripping means 630 of the station, and recharging by electrical contact or by electromagnetic influence initiated automatically during gripping or placing the device.
  • the management apparatus has the same size and the same shape as the microplates (SBS format), and could be described as “microperipheral” or “micro-device” In reference to the "microplate” format. It can be used to measure a large number of environmental parameters and forces applied within a robotic assembly, both in a fixed system and in displacement. The device is thus able to make measurements online (IN-PROCESS) with transfer of information in real time, or offline (BUFFER).
  • FIG. 2, FIG. 3a and FIG. 3b illustrate an exemplary embodiment of a management apparatus 2 carrying out a measurement and a handling, here a weighing and a rotation, for a fixed use within a robotic treatment station. 8, here a pipetting device.
  • this same device intended for a fixed use, can also be used in a mobile way when it is equipped with an autonomous power supply.
  • the management apparatus 2 comprises a lower housing 21 having in its lower part different geometries 211, 212, 213 useful or necessary to be compatible with a microplate location, forming an attachment portion 210 in the SBS format.
  • the apparatus 2 has a geometry that fully enters the microplate format over its entire height. That is to say that it does not exceed outside the volume delimited by the vertical of the footprint of its base 210.
  • This lower housing 21 comprises an actuator 222 controlled by the control module and / or by the automaton, in rotation R222 around a vertical axis A222.
  • This actuator 222 supports and orients an upper housing 22 comprising gripping means 230 arranged to receive a microplate.
  • microplates 901a oriented in a determined direction here transversal to the arrival table 8a, wait to be treated by the pipetting head 88 of the treatment station 8.
  • the treatment station 8 here comprises a robotic manipulator 89, or gripper, which can grasp and move the microplates 901a, 901 and 901b with arms forming gripping means 890.
  • a measuring and handling device 2 is placed or fixed by means of the attachment part of its lower housing 21.
  • the gripper 89 or an operator, provides a microplate 9b and deposits it in the microplate slot formed by the gripping means 23 of the upper housing 22 of this apparatus 2.
  • these gripping means consist of wedges guides protruding from the upper surface 20 of the apparatus 2 adjacent to the inside of the geometry of a microplate format skirt, thereby forming microplate format positioning means.
  • the microplate 9b is treated by the pipetting head 88, for example to pour a metered quantity of a reagent into each of its wells 92.
  • the apparatus 2 measures in real time the weight of the microplate 901 and its variations, which makes it possible to control the quality of the treatment for each of the microplates treated.
  • the microplate 901 is rotated 90 °, before or after pipetting, for example to best use the different syringes of the pipetting head 88 according to the position of the wells to reach.
  • the microplates 901 are removed from the management apparatus 2 and are moved on the start table 8b, for example in a position 901c longitudinal to this table.
  • a microplate 901 to be filled is deposited on the management device 2 by the controller 89 or the operator.
  • the zero is carried out (tare), then the automaton 8 distributes a given volume of liquid in the wells 921 the microplate 901.
  • a measurement is then performed by the device 2 and transmitted to the processing unit of the control module, from the information provided by a strain gauge included in the apparatus 2 and its associated electronics within the functional module 120.
  • the processing unit determines the weight of liquid actually distributed in the plate 901 and transmits this information to the controller 8 via wired 181 or wireless 182. A new zero can then be performed (tare) for the next measurement if necessary.
  • an embodiment may comprise gripping means including retaining means, for example mobile and controlled.
  • this device can be provided to be used both fixed and mobile use.
  • the management apparatus 3 comprises a lower housing 31 having in its lower part different geometries 311, 312, 313 useful or necessary to be compatible with a microplate location, forming a fixing portion 310 in the SBS format.
  • this lower housing 31 supports an upper housing 32 comprising gripping means 330 arranged to receive a microplate.
  • the gripping means 330 comprise four corners 33 each comprising a vertical portion 331 protruding from the upper surface 30 of the apparatus 3 around the standardized microplate geometry and forming positioning means.
  • This vertical portion 331 is surmounted by a return shoulder 332 forming a claw arranged to be positioned on the top of the skirt of a microplate and thus forming retaining means.
  • the apparatus 3 can thus receive a microplate fixed thereto by these gripping means 330, thus forming an assembly which can itself be handled, transferred and processed by a robot or an operator as if it were a simple microplate of greater thickness.
  • the gripping means 330 are movable and arranged to be controlled through the digital interface means (181, 182), for example according to a horizontal and / or vertical translation in the example illustrated here, and thus to be able to retain or release a custom microplate from the controller management software.
  • the retaining means can also be arranged within the perimeter of the format microplate, for example with claws or pressure fingers directed outwardly and seizing the inside of the skirt of a microplate.
  • FIGURE 5 illustrates an exemplary embodiment of a management apparatus 4 performing a measurement around a microplate 902, for mobile use throughout the course of the overall process of treatment.
  • this same device intended for mobile use, can also be used in a fixed position.
  • the management apparatus 4 comprises a lower casing 41 having in its lower part different geometries 411, 413 that are useful or necessary to be compatible with a microplate location, forming a base or fixing part 410 in the format SBS.
  • the device 4 has a geometry that enters entirely inside the microplate format over its entire height. That is to say that it does not exceed outside the volume delimited by the vertical of the footprint of its base 210.
  • this lower housing 41 supports an upper housing 42 comprising gripping means 43 arranged to receive a microplate.
  • the gripping means 43 comprise four corners 43 forming positioning means, the outer contour of which fits into the inside of a microplate format skirt.
  • the apparatus 4 can thus receive a microplate by these gripping means 40 and 430, thus forming an assembly that can itself be transferred and processed by a robot or an operator as if it were a simple microplate. a greater thickness.
  • a microplate 902 wait to be processed by the pipetting head 88 of the treatment station 8.
  • a microplate 902 is fixed on a management apparatus 4 used in "mobile" mode for the duration of the overall treatment, and particular during the processing by the post 8 and the arrival and departure transfers.
  • the microplate 902 thus “equipped” with its management apparatus 4 is grasped by the arms 890 of the manipulator 89 through the gripping means 410 of the same management apparatus 4, and transferred to the location 830 treatment station 8, as if it were a simple plate 902a.
  • the management apparatus 4 can be arranged to detect its transfer to the treatment station and inform the automaton to adjust the height of its pipetting head 88 according to the additional height due to the superposition of the microplate 902 on the gripping means 43 of the management apparatus.
  • FIG. 7 illustrates an example of a route within an integrated robotic installation 80.
  • a fixed handling and weighing apparatus 2a receives the microplates, and verifies or records the weight of the samples loaded therein by a multi-channel robotic loading arm 8a from a rack 7d. specimens from sampling or centrifugation.
  • the microplates are loaded in a position perpendicular to the positioning means provided on the table of the controller 80 to optimize the use of the multichannel arm. They are then rotated 90 ° by the management device 2a to take the orientation that corresponds to the continuation of the treatment.
  • another fixed weighing apparatus 2b receives the microplates, and verifies or records the weight of reagent poured therein by a multi-channel robotic pipetting head 8b.
  • the plates are individually each enclosed in a sealed enclosure and evacuated or controlled atmosphere by a robotic device 8c.
  • the plates are then transferred to a position 830d, inside a waiting enclosure or hotel 8d.
  • the plates are removed from their sealed enclosure in a position 830e by a robotic device 8e.
  • a position 830f the plates are then tested by a reading device 8f to record and record the results obtained for their different wells and thus the different samples.
  • another fixed measuring device 2f receives the microplates, and verifies or records the conditions (for example temperature) in which is read, to check the validity and refine the accuracy and reliability of this reading.
  • This mobile device 4 may be for example arranged to measure and record the duration of each of the steps and transfers, as well as the pressure, the temperature, the chemical composition of the environment of the plate 9 which is fixed thereto, all along the circuit.

Abstract

« Dispositif et procédé de gestion de microplaques dans un système de traitement automatisé, et procédé de traitement de ces microplaques » La présente invention concerne un appareil électronique de gestion, par exemple de mesure ou de manutention, d'un conteneur normalisé notamment au format «microplaque» au sein d'un système automatisé de traitement ou d'analyse biologique ou chimique. Selon l'invention, cet appareil de gestion comprend: –d'une part une partie de fixation agencée pour lui permettre d'être maintenu ou manipulé en lieu et place d'un conteneur à ce format; et –d'autre part des moyens de préhension, possiblement de simple positionnement, agencés pour réaliser une préhension et/ou une manutention d'un ou plusieurs de tels conteneurs. Cet appareil peut être utilisable en un poste de traitement pour recevoir tous les conteneurs, ou être fixé à l'un des conteneurs pour parcourir tous les postes de traitement. L'invention concerne en outre un procédé de gestion de conteneur par un tel appareil, ainsi qu'un système et un procédé de traitement mettant en œuvre un tel appareil.

Description

« Dispositif et procédé de gestion de microplaques dans un système de traitement automatisé, et procédé de traitement de ces microplaques »
La présente invention concerne un appareil électronique de gestion, par exemple de mesure ou de manutention, d'un conteneur normalisé notamment au format « microplaque » au sein d'un système automatisé de traitement ou d'analyse biologique ou chimique. Selon l'invention, cet appareil de gestion comprend :
- d'une part une partie de fixation agencée pour lui permettre d'être maintenu ou manipulé en lieu et place d'un conteneur à ce format ; et
- d'autre part des moyens de préhension, possiblement de simple positionnement, agencés pour réaliser une préhension et/ou une manutention d'un ou plusieurs de tels conteneurs.
Cet appareil peut être utilisable en un poste de traitement pour recevoir tous les conteneurs, ou être fixé à l'un des conteneurs pour parcourir tous les postes de traitement.
L'invention concerne en outre un procédé de gestion de conteneur par un tel appareil, ainsi qu'un système et un procédé de traitement mettant en œuvre un tel appareil.
De nombreux procédés chimiques de laboratoire sont de plus en plus automatisés, par exemple des analyses chimiques ou de séquençage d'ADN.
Les différents produits devant être mélangés entre eux sont manipulés par des matériels robotisés, et l'ensemble du processus est commandé et surveillé par informatique. L'essor des analyses ADN à grande échelle, par exemple par les procédés de type PCR, a accru les besoins en la matière et rend intéressante la moindre amélioration de productivité et de fiabilité des ces processus et des matériels correspondants.
Dans la mesure des possibilités techniques de chaque installation, on essaie en outre, autant que possible, de réaliser le processus en minimisant les opérations manuelles qui sont sources de perte de temps et de risques d'erreur.
Souvent, on utilise une installation automatisée intégrant une grande partie voire tous les postes du traitement à réaliser, qui inclut un suivi informatisé des produits et échantillons traités. Une telle installation comprend un ou plusieurs actionneurs robotisés, par exemple un bras robotisé de transfert de récipients appelé « gripper », ou un instrument robotisé de pipetage qui prélève une dose précise d'un liquide dans un récipient pour la transférer dans un autre récipient où se fera ensuite une réaction. Ce récipient peut alors être déplacé dans un autre emplacement pour une autre opération, et/ou stocké dans un emplacement d'attente pendant la réaction, possiblement dans un réacteur assurant des conditions spécifiques par exemple d'atmosphère chimique, de température, de pression ou d'humidité.
Pour des raisons de souplesse, de fiabilité d'analyse et de productivité, entre autres, on utilise très souvent des récipients d'un type standardisé, appelé microplaque ou « microplate ». Un tel récipient comprend le plus souvent une surface monolithique percée d'un grand nombre de puits de quelques millimètres de diamètre qui sont indépendants les uns des autres. D'autres types de microplaques existent aussi qui sont ici englobés sous la même appellation, par exemple un panier ou rack comprenant des emplacements dans lesquels sont insérés autant de tubes individuels amovibles, remplissant une fonction similaire aux puits d'une plaque monolithique. Selon les versions, une même plaque peut comporter par exemple 96 ou 384 puits. Plusieurs puits d'une même microplaque sont souvent traités en parallèle par des instruments de pipetage multi-têtes, qui peuvent être commandés ensemble ou séparément.
Ces plaques présentent toutes une même géométrie extérieure, en particulier dans leur empreinte inférieure. Cette géométrie est régie par un standard appelé « SBS » (ANS17 SBS 1-2004), qui permet une compatibilité de toutes les plaques avec la plupart des robots et machines spécialisés dans ce domaine. Cette géométrie comprend par exemple une base rectangulaire qui est munie d'une jupe dépassant légèrement à l'horizontale autour de l'embase, et qui présente parfois deux angles chanfreinés coupés et des surfaces de repérage. Cette forme standardisée permet à tous les robots compatibles d'utiliser un bras robotisé muni d'un emplacement compatible pour recevoir, saisir et maintenir toutes les plaques, de façon solide, précise et répétable. Les microplaques sont utilisées régulièrement pour préparer, transporter ou stocker des composes chimiques ou biologiques
Les systèmes automatiques sont fréquemment utilisés pour réaliser des opérations sur les échantillons présents dans des microplaques. Afin d'assurer une parfaite compatibilité, un format (SBS) a été convenu afin de standardisé la taille et les dimensions des microplaques. La plupart des automates du marché sont compatibles avec les microplaques au format SBS. Au sein d'un processus complet de traitement, par exemple d'analyse biologique ou de séquençage ADN, les plaques subissent des opérations de types différents. En plus de des opérations réalisées directement par les éléments robotisés du système de traitement tel qu'il est prévu par le fabricant, il est utile ou nécessaire de réaliser certaines opérations complémentaires.
Lors de la mise en place d'un traitement donné sur une installation existante, ou au cours de son déroulement en production, il est souvent utile ou nécessaire de pouvoir contrôler les différentes étapes de processus et leur effet sur les conteneurs traités, par exemple par des opérations de mesure physico-chimiques portant sur l'environnement des échantillons ou sur les échantillons eux-mêmes.
Le document GB 2 431 006 décrit un dispositif de mesure et d'enregistrement pouvant être fixé dans un emplacement au format microplaque, et prévu pour suivre le parcours global du traitement à la place d'une microplaque. Il ne permet cependant pas de mesurer des paramètres sur la microplaque elle-même, et réduit la productivité de l'installation en prenant la place d'une microplaque.
Des appareils de mesure peuvent aussi être intégrés dans une installation automatisée, mais ne sont pas toujours adaptés ni positionnés au bon endroit pour tous les différents traitements pouvant être programmés, et représentent souvent un coût et une complexité qui ne sont pas forcément justifiés par un usage suffisamment intensif, et ne peuvent pas toujours être achetés et installés dans les délais impartis pour une demande spécifique. Ce type d'opération est nécessaire aussi lors de la mise en place de nouveaux matériels ou le réarrangement de matériels existants, pour qualifier ou étalonner un ou plusieurs postes de traitement.
De plus, la complexité et les coûts importants de telles installations robotisées, intégrées ou non, font que les capacités disponibles présentent souvent des limites, par exemple dans l'augmentation de la productivité ou dans la composition globale des traitements réalisables. Un but de l'invention est ainsi de pallier les inconvénients de l'état de la technique, et en particulier d'améliorer les capacités, l'intégration, la productivité, la stabilité et la fiabilité des traitements, tout en minimisant le coût des matériels employés ainsi que la complexité de la mise en place de chacun des traitements réalisables.
L'invention cherche en outre à augmenter la souplesse de fonctionnement d'une installation, au sein d'un traitement donné, par exemple en cas d'incident, mais aussi la flexibilité d'une installation donnée et sa souplesse d'adaptation entre deux traitements différents.
Pour une installation donnée, l'invention cherche en outre à étendre les possibilités de traitements réalisables tout en limitant les coûts supplémentaires et les délais de transformations.
Exposé de l'invention
L'invention propose pour cela un appareil de gestion, au sein d'un système automatisé de traitement biologique ou chimique d'échantillons, d'un conteneur à récipients multiples présentant un format de préhension incluant une géométrie de préhension déterminée, notamment au format « microplaque » et par exemple SBS. Cet appareil est du type qui comprend des moyens d'interface numérique avec un système numérique de traitement de données.
Selon l'invention, cet appareil de gestion des conteneurs comprend : - d'une part une partie de fixation agencée pour lui permettre d'être maintenu ou manipulé en lieu et place d'un conteneur à ce même format ; et - d'autre part des moyens de préhension, agencés pour réaliser une préhension et/ou une manutention d'au moins un conteneur à ce format.
De préférence mais non obligatoirement, cet appareil est d'une géométrie agencée pour entrer à l'intérieur du format microplaque sur toute sa hauteur. Dans le cas d'un appareil avec partie mobile, il est de préférence prévu au moins une position dans laquelle tout l'appareil est à l'intérieur du pourtour du format microplaque sur toute sa hauteur.
Il est à noter que le terme de « préhension » doit ici être pris dans un sens large. Il peut ainsi s'agir d'un simple positionnement ou déplacement du conteneur sans retenue, par exemple par des cales fixes ou mobiles déterminant par leur géométrie la position que prendra un conteneur. Bien sûr, il peut s'agir aussi d'une fixation par des moyens de retenue, fixes ou mobiles, avec ou sans positionnement, comme par exemple les bras d'un gripper, ou des épaulements formant une rainure pour retenir le bourrelet inférieur des microplaques.
Sont ici qualifiés d'opérations de « gestion » différents types d'opérations qui sont réalisées de façon périphérique sur le conteneur ou autour de celui-ci au cours du traitement global, et le plus souvent en marge des opérations de traitement appliquées aux échantillons eux- mêmes.
Ces opérations peuvent être par exemple de type mécanique, comme par exemple un déplacement entre deux emplacements ou positions, ou une rotation du conteneur dans un emplacement, ou une agitation au sein d'un poste. Elles peuvent être aussi de type physico-chimique comme par exemple une mesure de suivi-qualité telle qu'un contrôle d'une grandeur d'environnement ou d'une grandeur du contenu des récipients ; ou une vérification de sécurité de fonctionnement de l'installation comme une prévention des collisions ; ou une vérification du bon fonctionnement d'une ou plusieurs opérations de traitement, comme une vérification des quantités prélevées ou injectées ; ou un contrôle de l'occupation des différents puits ou récipients des plaques.
Dans le même esprit, l'invention propose aussi un procédé de gestion, au sein d'un système automatisé de traitement biologique ou chimique d'échantillons, d'un conteneur à récipients multiples présentant un format incluant une géométrie de préhension déterminée, notamment au format « microplaque ». Ce procédé utilise un appareil électronique de gestion comprenant des moyens d'interface numérique avec un système numérique de traitement de données. Selon l'invention, ce procédé comprend :
- d'une part une fixation dudit appareil dans un emplacement audit format au sein dudit système automatisé, par une partie dudit appareil présentant une géométrie compatible avec ledit format et en lieu et place d'un conteneur audit format ; et
- d'autre part une préhension d'au moins un conteneur audit format, par des moyens de préhension audit format compris dans ledit appareil .
Selon les modes de réalisation, ce procédé de gestion peut mprendre en outre :
au moins une étape de déplacement ou d'orientation du conteneur selon un ou plusieurs axes par des moyens de manutention inclus dans l'appareil de gestion ; ou
au moins une étape de capture ou de mesure d'au moins une grandeur physique ou chimique du conteneur ou de son environnement par l'appareil de gestion, suivie d'une mémorisation et/ou d'une transmission des données ainsi obtenues ;
ou une combinaison de plusieurs de ces étapes. L'invention propose en outre un procédé de traitement biologique ou chimique automatisé d'échantillons au sein d'un système automatisé comprenant des moyens robotisés agencés selon un format de préhension déterminé, notamment le format « microplaque » ou « SBS », pour manipuler entre plusieurs emplacements à ce format des conteneurs à récipients multiples eux-mêmes conformes à ce format. Selon l'invention, ce procédé comprend alors au moins une étape de gestion d'un ou plusieurs conteneurs par un appareil ou selon un procédé tel qu'exposé ci-dessus. Avantages apportés
Du fait de ses capacités de fixation et de préhension combinées, un peu comme une prise électrique de type « gigogne », l'appareil de gestion selon l'invention peut être facilement intégré dans un système robotisé pour y insérer une telle opération de gestion sans dégrader les qualités inhérentes à cette automatisation.
L'invention apporte ainsi une souplesse d'utilisation et d'adaptation du système, une économie de place et d'emplacements et de ressources, une intégration automatisée d'opérations périphériques supplémentaires, et permet de maintenir et d'améliorer la fiabilité et la stabilité du traitement. Elle permet d'insérer un périphérique dans un système existant, sans immobiliser un emplacement ou un manipulateur du système, de façon intégrée au sein du flux automatisé des conteneurs, et sans introduire d'opérations manuelles.
Elle peut en outre apporter une combinaison très avantageuse avec la structure et les fonctionnalités existantes d'un système, qui permet d'élargir les capacités d'un système de façon significative et pertinente, rapidement et à faible coût.
Ainsi, dans le cadre d'une installation existante, il peut arriver que celle-ci présentent des manques en matière de fonctionnalités, qui permettraient de gagner en productivité ou en fiabilité ou en précision, voire même de réaliser certains traitements complets de façon entièrement automatisée. De telles fonctionnalités manquantes peuvent être par exemple un nombre insuffisant de manipulateurs ou « gripper », ou une dimension ou une course insuffisante, ou un axe de rotation non disponible.
Il peut souvent arriver que le fait de pouvoir réaliser de façon robotisée, même ponctuellement et/ou en petit nombre, de telles opérations complémentaires de gestion des conteneurs, suffise pour apporter une grande souplesse dans l'utilisation d'une installation, en particulier une installation intégrée. Une telle souplesse peut souvent permettre une amélioration importante de l'ensemble du traitement, voire autoriser de façon viable un traitement qui n'aurait pas été possible autrement, sans pour autant engendrer les coûts et les délais que représenterait une augmentation de la capacité ou des fonctionnalités de l'installation existante.
L'invention permet en outre de réaliser toute une gamme de périphériques dotés de différentes fonctions, par adjonction des moyens correspondant à partir d'un socle commun comportant les fonctionnalités de fixation et de préhension.
Ces opérations de gestion peuvent être de très nombreux types, dont certains sont exposés et décrits ici dans les modes de réalisation suivants.
Il est à noter que l'invention prévoit de combiner entre eux ces modes de réalisation de nombreuses façons, dont seules certaines sont décrites ici.
Note sur l'état de la technique
Il est à noter que l'invention n'est pas une évolution d'un appareil simplement muni d'un support de connexion spécifique, comme décrit par le document GB 2 386 949. Ce document décrit une plaque multi-puits avec un capteur électrochimique intégré, qui peut présenter des contacts électriques lui permettant d'être connectée à un appareil extérieur de détection électrochimique par l'intermédiaire d'un support spécifique.
En effet, le support spécifique de cet appareil n'est pas décrit comme étant spécifiquement au format microplaque, mais simplement comme comportant une connexion électrique avec la microplaque.
De plus, cet appareil n'est pas prévu pour être fixé dans un emplacement d'un système robotisé, de quelque type que ce soit. Il s'agit d'un appareil de mesure fixe, prévu pour une mesure en un point précis du processus. Il ne peut pas être manipulé par le système robotisé, il ne recherche pas la polyvalence obtenue par l'invention, et est conçu pour un objectif différent. Opérations de manipulation robotisée
Dans certains modes de réalisation, l'appareil de gestion selon l'invention comprend plus particulièrement des moyens de manutention d'un conteneur, lesquels peuvent être inclus ou non dans les moyens de préhension. Ces moyens de manutention incluent alors au moins un actionneur (122 Fig. 1) agencé pour déplacer ou orienter ce conteneur selon un ou plusieurs axes.
Ces moyens de manutention peuvent comprendre, de manière non exclusive, seuls ou en combinaison : actionneurs déplacement, de rotation, de translation, d'élévation, de descente, d'inclinaison, de vibration.
De telles opérations peuvent apporter une meilleure souplesse d'utilisation du système, ou un gain de productivité. Il peut s'agir de réaliser un changement d'orientation du conteneur, pour mieux exploiter les capacités d'un outil robotisé opérant sur cet emplacement, voire sur des emplacements précédents ou suivants. Cette opération peut permettre par exemple d'utiliser un plus grand nombre ou la totalité des têtes de pipetage d'un bras à plusieurs canaux lorsque ces canaux sont alignés selon une direction qui ne correspond pas à l'orientation du conteneur au sein du précédent poste de traitement.
Dans un tel mode de réalisation, le procédé selon l'invention comprend, dans au moins un poste de traitement comprenant au moins un emplacement robotisé de préhension au format concerné, au moins une étape de déplacement ou orientation d'une pluralité de conteneurs différents, pour chacun d'eux lors de son passage dans ledit emplacement, par un appareil de manutention commandé par des moyens de gestion ou de commande du système automatisé. Typiquement mais non obligatoirement, cette opération de manutention pourra être faite dans ce même emplacement, avant ou après une opération de traitement, ou les deux.
L'appareil de manutention est fixé à cet emplacement par une partie de fixation conforme à ce format de préhension, et comprend des moyens de préhension eux-mêmes conformes à ce format et qui reçoivent ces conteneurs en lieu et place des moyens de préhension de l'emplacement lui- même.
Opérations de mesure ou contrôle
Dans certains modes de réalisation, l'appareil de gestion selon l'invention comprend plus particulièrement des moyens électroniques de capture ou de mesure d'au moins une grandeur physique ou chimique, qui communiquent avec des moyens de mémoire et/ou les moyens d'interface numérique pour mémoriser et/ou transmettre les données ainsi obtenues.
Ces moyens de capture ou mesure peuvent comprendre, de manière non exclusive, seuls ou en combinaison : accéléromètre 3D, capteur de température, capteur de luminosité, capteur de couleur, capteur d'humidité, jauges de contraintes, capteur de pression, capteurs de composition chimique, capteurs d'oxygène ou de C02 ou d'ozone, caméra CCD, système d'émission ou de mesure acoustique, mesure de conductivité, d'inductance, de magnétisme, de fluorescence, système optique à LED ou à diodes lasers, mesure ou génération de courant, de tension, de rayonnement.
Ces moyens de capture ou de mesure peuvent être agencés pour fournir des données portant sur l'environnement du conteneur, voire de son contenu.
Ils peuvent aussi être agencés pour fournir des données portant sur le conteneur lui-même, sur son contenu, et/ou sur ces deux éléments. Il peut s'agir par exemple du poids, de couleur, forme, hauteur, nombre et position des récipients remplis, etc.
Utilisation « mobile »
L'appareil selon l'invention peut être prévu et utilisé pour un fonctionnement ici appelé « mobile », c'est à dire qu'il parcourt et subit le processus de traitement global, en tout ou partie, de la même façon que s'il s'agissait d'un conteneur. L'appareil peut ainsi faire des mesures au sein du traitement global ou « IN-PROCESS ». Ces mesures peuvent être faites en ligne avec un transfert des informations en temps réel, ou hors ligne avec une mémorisation provisoire des données.
Grâce à l'invention, la combinaison de ses moyens de fixation et de préhension lui permet de recevoir un conteneur standard, lequel va ainsi subir normalement le processus global de traitement.
Il est ainsi possible de réaliser ce contrôle « in-process » sans diminuer le nombre de conteneurs traités, et donc sans sacrifier la productivité. L'invention permet en outre de mesurer non seulement des données sur les différents postes de traitement, mais aussi sur les conteneurs et échantillons eux-mêmes, au cours des différentes opérations de traitement comme au cours des déplacements entre postes de traitement.
Il est ainsi possible de surveiller et d'améliorer en temps réel la fiabilité et stabilité du traitement, et la conformité de tous les postes du système.
Selon une option, les moyens d'interface numériques comprennent des moyens de communication sans fil (182), par exemple radio tels que wifi ou bluetooth, ou RFID.
Avantageusement, l'appareil comprend des moyens de stockage énergétique assurant une autonomie énergétique à au moins une partie de ses fonctions entre deux opérations de rechargement desdits moyens de stockage énergétique.
Le rechargement peut se faire de façon manuelle. Il peut aussi se faire de façon automatique au sein de l'installation, par exemple comprenant une prise d'entrée électrique venant en contact électrique avec une prise de sortie électrique présente dans un ou plusieurs des emplacements au format de préhension du système automatisé, ou par influence électromagnétique proche dans un ou plusieurs de ces emplacements.
Utilisation « fixe »
L'appareil selon l'invention peut aussi être prévu et utilisé pour un fonctionnement ici appelé « fixe », c'est à dire qu'il reste en un emplacement donné et reçoit successivement plusieurs des conteneurs traités, voire la totalité d'entre eux.
L'appareil selon l'invention est prévu pour être utilisé in situ sur divers robots, par exemple des robots de mesure où il est utile voire nécessaire de prendre en compte des conditions environnementales : par exemple vibrations, inclinaisons, température, humidité. Des capteurs correspondants peuvent ainsi être implémentés, par exemple au sein du module fonctionnel ou en communication avec lui, afin de fournir des informations sur ces conditions et appliquer une correction matérielle et/ou logicielle sur les résultats des mesures fournies par le robot de mesure. Les paramètres environnementaux seront alors enregistrés en association avec les données, par exemple afin de fournir une information sur la fiabilité des mesures.
Dans les modes de réalisation où il est prévu pour effectuer une mesure sur le conteneur lui-même ou son contenu, l'appareil permet un contrôle de tous les conteneurs passant par l'emplacement où il est positionné. Il peut s'agir par exemple de vérifier la conformité de tous les conteneurs à ce point de passage, détecter des erreurs de remplissage, ou évaluer les variations d'un conteneur à l'autre, ou effectuer un contrôle qualité des postes précédents, ou qualifier un poste de traitement.
II est ainsi possible d'intégrer une telle fonction de mesure ou contrôle de façon automatisée au sein d'un système pour améliorer ou maintenir la stabilité du traitement même si ce système n'était pas prévu pour cela, et ce sans perte de place et sans immobiliser un emplacement ou un manipulateur.
L'invention permet ainsi de mesurer, traiter et enregistrer les données issues des différents capteurs de mesure présents dans le module de base ou dans le module fonctionnel spécifique pendant que les microplaques sont en cours de traitement au sein de l'automate qui porte l'appareil de gestion.
Dans les modes de réalisation à utilisation « fixe », les moyens d'interface numérique de l'appareil peuvent comprendre des moyens de communication informatique par connexion fiiaire, par exemple avec une alimentation énergétique pour le fonctionnement et/ou la recharge, comme une connexion selon le standard USB.
Appareil polyvalent
Les caractéristiques des modes de réalisation « fixe » et « mobile » peuvent en outre être combinées dans un même mode de réalisation mixte, pour réaliser un appareil qui peut servir aux deux types d'utilisation en fonction des besoins du moment.
Les moyens d'interface numériques peuvent ainsi comprendre à la fois des moyens de communication par connexion fiiaire et des moyens de communication sans fil. Des modes de réalisation variés de l'invention sont prévus, intégrant selon l'ensemble de leurs combinaisons possibles les différentes caractéristiques optionnelles exposées ici. Liste des figures
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée d'un mode de mise en œuvre nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels :
- la FIGURE 1 est un schéma fonctionnel illustrant l'invention dans un mode de réalisation mixte ;
- la FIGURE 2 est une vue simplifiée en perspective représentant un poste de traitement muni d'un appareil selon l'invention dans un exemple de mode de réalisation à poste fixe, pour la pesée et la rotation de conteneurs microplaques ;
- les FIGURE 3a et b sont des vues en perspective d'un appareil selon le mode de réalisation de la FIGURE 2 dans deux positions différentes de rotation ;
- la FIGURE 4 est une vue en perspective illustrant un appareil selon un exemple de mode de réalisation avec rotation et moyens de retenue commandés ;
- la FIGURE 5 est une vue en perspective illustrant un appareil selon un exemple de mode de réalisation monobloc, pour une utilisation mobile ;
- la FIGURE 6 est une vue simplifiée en perspective représentant un groupe de conteneurs poste de traitement dont muni d'un appareil selon le mode de réalisation de la FIGURE 5 en utilisation mobile pour le contrôle du circuit de traitement des conteneurs microplaques ;
- la FIGURE 7 est une vue de dessus simplifiée d'une installation robotisée intégrée illustrant différentes utilisations d'un ou plusieurs appareils selon l'invention au sein d'un circuit global de traitement de conteneurs microplaques.
L'appareil selon l'invention, au format SBS dans le présent exemple, permet la mesure in-situ et in-process de paramètres qui jusqu'à présent n'était parfois mesurables que hors ligne, c'est-à-dire qu'il fallait sortir la microplaque de l'automate ou du circuit automatisé pour réaliser la mesure.
Il est à noter que l'appareil permet aussi d'effectuer des mesures « out-process », c'est-à-dire en dehors d'un circuit automatisé, ce qui renforce sa polyvalence.
En FIGURE 1 est illustré un exemple d'appareil selon un mode de réalisation dit mixte de l'invention.
Le dispositif 1 comprend des moyens de préhension 130, pouvant comprendre des moyens de positionnement 131 et/ou des moyens de retenue 132.
Il est ainsi possible de disposer une microplaque 9 directement sur l'appareil 1 selon l'invention, et de l'y positionner ou de l'y fixer par sa propre partie de fixations 91. Une fois fixée sur les moyens de préhension 130 de l'appareil 1, il est possible de réaliser les opérations habituelles sur cette microplaque 9, tout en communiquant les résultats en temps réel au logiciel exécuté par l'ordinateur 800 de l'automate 80.
Le dispositif 1 comprend aussi une partie de fixation 110 sous la forme d'une embase au format microplaque, par laquelle il peut être manipulé comme s'il était une microplaque. Il peut ainsi être disposé ou enlevé du plan de l'automate soit par un opérateur, soit par le bras « gripper » de l'automate si celui-ci en a un.
De nombreuses versions différentes d'appareils peuvent être réalisées à partir de certains éléments formant une partie commune, dite socle de base. Cette partie commune comprend en particulier la partie de fixation 110, les moyens de préhension 130, et un module dit de contrôle 100 réunissant les différents éléments électroniques et mécaniques communs aux différents appareils d'une même gamme.
Ce module de contrôle 100 comprend ici une unité principale de contrôle, par exemple un microcontrôleur, communiquant avec :
- une unité de stockage de données 180 ;
- une unité de traitement ;
- une unité de communication « fonction », qui communique avec un ou plusieurs modules fonctionnels 120 gérant les composants réalisant les fonctionnalités spécifiques de chaque appareil de la gamme ; - une unité de communication « données », qui gère une interface numérique et communique avec l'extérieur 800 pour transmettre les données mesurées ou obtenues et recevoir des instructions de fonctionnement, à travers des moyens de communication filaires 181 et/ou sans fil 182 ;
- une unité de gestion de l'alimentation électrique gérant l'utilisation et le rechargement d'accumulateurs 171 fournissant une autonomie énergétique partielle ou totale, en particulier en utilisation mobile.
Ce module de contrôle 100 peut inclure, de manière non exclusive, une horloge temps réel, un calculateur, une mémoire tampon, une mémoire de stockage, un module de communication sans fil, un module de communication fiiaire, une batterie, un dispositif de gestion de batterie, des entrées et sorties analogiques et/ou numériques.
Le module fonctionnel 120 comprend des moyens de détection 121 qui mesurent ou capturent une ou plusieurs grandeurs physico-chimiques de l'environnement E, ou de la microplaque 9 et du contenu de ses récipients 92, ou les deux.
Une station de base 60 peut aussi être prévue, par exemple comprenant elle aussi des moyens de préhension 630 au format microplaque, qui pourra être utilisée pour recharger les ou les micros dispositifs 1, au sein du circuit de traitement de l'automate 80 ou en dehors. Cette station de base 60 pourra être intégrée dans l'installation automatisée 80 ou former un dispositif séparé muni d'une alimentation incluant un transformateur et un cordon secteur 29. L'appareil 1 pourra alors être disposé, manuellement ou de façon robotisée, dans l'emplacement formé par les moyens de préhension 630 de la station, et se recharger par contact électrique ou par influence électromagnétique initié automatiquement lors de la préhension ou de la mise en place de l'appareil .
Ainsi qu'illustré aux FIGURE 2 à FIGURE 6, l'appareil de gestion selon l'invention présente la même taille et de la même forme que les microplaques (format SBS), et pourrait être qualifié de « micropériphérique » ou « micro-dispositif » en référence au format « microplaque ». Il peut être utilisé pour mesurer de très nombreux paramètres environnementaux et forces appliquées au sein d'un ensemble robotique, aussi bien de façon système fixe qu'en déplacement. Le dispositif est ainsi capable de faire des mesures en ligne (IN-PROCESS) avec transfert des informations en temps réel, ou hors ligne (BUFFER).
Exemple d'utilisation « fixe »
Les FIGURE 2, FIGURE 3a et FIGURE 3b illustrent un exemple de mode de réalisation d'un appareil de gestion 2 réalisant une mesure et une manutention, ici une pesée et une rotation, pour une utilisation fixe au sein d'un poste de traitement robotisé 8, ici un appareil de pipetage.
Il est à noter que ce même appareil, prévu pour une utilisation fixe, peut aussi être utilisé de façon mobile dès lors qu'il est équipé d'une alimentation autonome.
L'appareil de gestion 2 comprend un boîtier inférieur 21 présentant dans sa partie inférieure différentes géométries 211, 212, 213 utiles ou nécessaires pour être compatibles avec un emplacement microplaque, formant une partie de fixation 210 au format SBS. L'appareil 2 présente une géométrie qui entre entièrement à l'intérieur du format microplaque sur toute sa hauteur. C'est à dire qu'il ne dépasse pas à l'extérieur du volume délimité par la verticale de l'empreinte de son embase 210.
Ce boîtier inférieur 21 comprend un actionneur 222 commandé par le module de contrôle et/ou par l'automate, en rotation R222 autour d'un axe vertical A222. Cet actionneur 222 supporte et oriente un boîtier supérieur 22 comprenant des moyens de préhension 230 agencés pour pouvoir recevoir une microplaque.
Ainsi qu'illustré en FIGURE 2, plusieurs microplaques 901a orientées dans une direction déterminée, ici transversale à la table d'arrivée 8a, attendent d'être traitées par la tête de pipetage 88 du poste de traitement 8.
Le poste de traitement 8 comprend ici un manipulateur robotisé 89, ou gripper, qui peut saisir et déplacer les microplaques 901a, 901 et 901b à l'aide de bras formant des moyens de préhension 890. Dans l'emplacement 830 au format microplaque du poste de traitement 8, on a placé ou fixé un appareil de mesure et de manutention 2 à l'aide de la partie de fixation de son boîtier inférieur 21.
Le gripper 89, ou un opérateur, apporte une microplaque 9b et la dépose dans l'emplacement microplaque formé par les moyens de préhension 23 du boîtier supérieur 22 de cet appareil 2. Dans le présent exemple, ces moyens de préhension sont constitués par des coins guides dépassant de la surface supérieure 20 de l'appareil 2 de façon adjacente à l'intérieur de la géométrie d'une jupe au format microplaque, formant ainsi des moyens de positionnement au format microplaque.
La microplaque 9b est traitée par la tête de pipetage 88, par exemple pour y déverser une quantité dosée d'un réactif dans chacun de ses puits 92. Pendant ce traitement, l'appareil 2 mesure en temps réel le poids de la microplaque 901 et ses variations, ce qui permet de contrôler la qualité du traitement pour chacune des microplaques traitées.
Au cours de sa présence sur l'appareil de gestion 2, la microplaque 901 est tournée de 90°, avant ou après le pipetage, par exemple pour utiliser au mieux les différentes seringues de la tête de pipetage 88 en fonction de la position des puits à atteindre.
Une fois traitées et tournées, les microplaques 901 sont retirées de l'appareil de gestion 2 et sont déplacées sur la table de départ 8b, par exemple dans une position 901c longitudinale à cette table.
Par exemple dans un cas où ce pipetage réalise un remplissage, une microplaque 901 à remplir est déposée sur l'appareil de gestion 2 par l'automate 89 ou l'opérateur.
Le zéro est effectué (tare), puis l'automate 8 distribue un volume donné de liquide dans les puits 921 la microplaque 901. Une mesure est alors effectuée par l'appareil 2 et transmise à l'unité de traitement du module de contrôle, à partir des informations délivrées par une jauge de contrainte incluse dans l'appareil 2 et son électronique associée au sein du module fonctionnel 120.
L'unité de traitement détermine alors le poids de liquide effectivement distribué dans la plaque 901 et transmet cette information à l'automate 8 via la communication filaire 181 ou sans fil 182. Un nouveau zéro peut alors être effectué (tare) pour la mesure suivante si nécessaire.
Ainsi qu'illustré en FIGURE 4, un mode de réalisation peut comprendre des moyens de préhension incluant des moyens de retenue, par exemples mobiles et commandés.
Il est à noter que cet appareil peut être prévu pour pouvoir être utilisé aussi bien à poste fixe qu'en utilisation mobile.
Dans cet exemple, l'appareil de gestion 3 comprend un boîtier inférieur 31 présentant dans sa partie inférieure différentes géométries 311, 312, 313 utiles ou nécessaires pour être compatible avec un emplacement microplaque, formant une partie de fixation 310 au format SBS.
Par l'intermédiaire d'une liaison rotative d'axe vertical munie d'un actionneur 322, ce boîtier inférieur 31 supporte un boîtier supérieur 32 comprenant des moyens de préhension 330 agencés pour pouvoir recevoir une microplaque. Dans cet exemple, les moyens de préhension 330 comprennent quatre coins 33 comprenant chacun une partie verticale 331 dépassant de la surface supérieure 30 de l'appareil 3 autour de la géométrie microplaque normalisée et formant des moyens de positionnement. Cette partie verticale 331 est surmontée d'un épaulement en retour 332 formant une griffe agencée pour se positionner sur le dessus de la jupe d'une microplaque et formant ainsi des moyens de retenue.
L'appareil 3 peut ainsi recevoir une microplaque qui lui est fixée par ces moyens de préhension 330, formant ainsi un ensemble qui peut lui- même être manipulé, transféré et traité par un robot ou un opérateur comme s'il s'agissait d'une simple microplaque d'une épaisseur plus importante.
De façon optionnelle, les moyens de préhension 330 sont mobiles et agencés pour être commandés au travers des moyens d'interface numérique (181, 182), par exemple selon une translation horizontale et/ou verticale dans l'exemple ici illustré, et pouvoir ainsi retenir ou libérer une microplaque sur commande du logiciel de gestion de l'automate.
Dans une variante de l'invention non illustrée ici, les moyens de retenue peuvent aussi être disposés à l'intérieur du périmètre du format microplaque, par exemple avec des griffes ou des doigts presseurs dirigés vers l'extérieur et venant saisir l'intérieur de la jupe d'une microplaque.
Exemple d'utilisation « mobile »
Les FIGURE 5, FIGURE 6 et FIGURE 7 illustrent un exemple de mode de réalisation d'un appareil de gestion 4 réalisant une mesure autour d'une microplaque 902, pour une utilisation mobile tout au long du déroulement du processus global de traitement.
Il est à noter que ce même appareil, prévu pour une utilisation mobile, peut aussi être utilisé à poste fixe.
Ainsi qu'illustré en FIGURE 5, l'appareil de gestion 4 comprend un boîtier inférieur 41 présentant dans sa partie inférieure différentes géométries 411, 413 utiles ou nécessaires pour être compatible avec un emplacement microplaque, formant une embase ou partie de fixation 410 au format SBS. L'appareil 4 présente une géométrie qui entre entièrement à l'intérieur du format microplaque sur toute sa hauteur. C'est à dire qu'il ne dépasse pas à l'extérieur du volume délimité par la verticale de l'empreinte de son embase 210.
Par l'intermédiaire de jauges de contraintes internes, ce boîtier inférieur 41 supporte un boîtier supérieur 42 comprenant des moyens de préhension 43 agencés pour pouvoir recevoir une microplaque. Dans cet exemple, les moyens de préhension 43 comprennent quatre coins 43 formant des moyens de positionnement, dont le contour extérieur s'emboite dans l'intérieur d'une jupe au format microplaque.
L'appareil 4 peut ainsi recevoir une microplaque par ces moyens de préhension 40 et 430, formant ainsi un ensemble qui peut lui-même être transféré et traité par un robot ou un opérateur comme s'il s'agissait d'une simple microplaque d'une épaisseur plus importante.
Dans l'exemple illustré en FIGURE 6, plusieurs microplaques 902 et
902a attendent d'être traitées par la tête de pipetage 88 du poste de traitement 8. Parmi celles-ci, une microplaque 902 est fixée sur un appareil de gestion 4 utilisé en mode « mobile » pendant toute la durée du traitement global, et en particulier pendant le traitement par le poste 8 et les transferts d'arrivée et de départ. Lorsque vient son tour, la microplaque 902, ainsi « équipée » de son appareil de gestion 4, est saisie par les bras 890 du manipulateur 89 à travers les moyens de préhension 410 de ce même appareil de gestion 4, et transférée sur l'emplacement de traitement 830 du poste de traitement 8, comme s'il s'agissait d'une plaque 902a simple.
Même si le poste de traitement 8 n'est pas doté de moyens de vérification de la hauteur de la plaque qu'il reçoit, l'appareil de gestion 4 peut être agencé pour détecter son transfert vers le poste de traitement et informer l'automate pour qu'il adapte la hauteur de sa tête de pipetage 88 en fonction de la hauteur supplémentaire due à la superposition de la microplaque 902 sur les moyens de préhension 43 de cet appareil de gestion.
Exemple de parcours de traitement multiposte
En FIGURE 7 est illustré un exemple de parcours au sein d'une installation robotisée intégrée 80.
Dans une position 830a de l'automate 80, un appareil fixe 2a de manutention et pesée reçoit les microplaques, et vérifie ou enregistre le poids des échantillons qui y sont chargés par un bras de chargement robotisé multicanaux 8a à partir d'un rack 7 d'éprouvettes issues d'un prélèvement ou d'une centrifugation. Les microplaques sont chargées dans une position perpendiculaire aux moyens de positionnements prévus sur la table de l'automate 80 pour optimiser l'utilisation du bras multicanaux. Elles sont alors tournées de 90° par l'appareil de gestion 2a pour prendre l'orientation qui correspond à la suite du traitement.
Dans une position 830b de l'automate, un autre appareil fixe 2b de pesée reçoit les microplaques, et vérifie ou enregistre le poids de réactif qui y est versé par une tête de pipetage robotisée multicanaux 8b.
Dans une position 830c, les plaques sont individuellement enfermées chacune dans une enceinte étanche et mises sous vide ou sous atmosphère contrôlée par un dispositif robotisé 8c.
Les plaques sont ensuite transférées dans une position 830d, à l'intérieur d'une enceinte d'attente ou hôtel 8d.
A l'issue de cette attente, les plaques sont débarrassées de leur enceinte étanche dans une position 830e par un dispositif robotisé 8e. Dans une position 830f, les plaques sont ensuite testées par un appareil de lecture 8f pour constater et enregistrer les résultats obtenus pour leurs différents puits et donc les différents échantillons. Dans cette position, un autre appareil fixe 2f de mesure reçoit les microplaques, et vérifie ou enregistre les conditions (par exemple de température) dans lesquelles se fait la lecture, pour contrôler la validité et affiner la précision et la fiabilité de cette lecture.
Certaines des plaques traitées, voire toutes, sont fixées avant chargement chacune sur un appareil de gestion mobile 4, qui les suit donc dans toutes les étapes et transferts du traitement réalisé au sein de l'automate 80. Cet appareil mobile 4 peut être par exemple agencé pour mesurer et enregistrer la durée de chacune des étapes et transferts, ainsi que la pression, la température, la composition chimique de l'environnement de la plaque 9 qui lui est fixée, tout au long du circuit.
En utilisant un ou plusieurs appareils de gestion selon l'invention, il est donc possible de contrôler et d'enregistrer (par l'appareil fixe 2a) les quantités d'échantillons chargés dans toutes les plaques, de contrôler et d'enregistrer (par l'appareil fixe 2b) les quantités de réactif versées dans toutes les plaques, et aussi de suivre régulièrement (par le ou les appareils mobiles 2f) la succession des conditions de traitement appliquées à une plaque donnée 9.
On voit qu'il est ainsi possible d'optimiser, de mieux contrôler, voire d'affiner, les performances du traitement réalisé sur cette installation intégrée 80, sans en modifier la configuration de façon trop complexe ou coûteuse. Cette adaptation peut en outre être ajustée très souplement et rapidement en fonction des besoins d'un traitement particulier ou d'un autre.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Appareil (1, 2, 3, 4) de gestion, au sein d'un système (80, 8a à 8f) automatisé de traitement biologique ou chimique d'échantillons, d'un conteneur (9) à récipients multiples (92) présentant un format de préhension incluant une géométrie de préhension (91) déterminée, notamment au format « microplaque », ledit appareil comprenant des moyens d'interface numérique (181, 182) avec un système numérique de traitement de données (800), caractérisé en ce qu'il comprend :
- d'une part une partie de fixation (110) agencée pour lui permettre d'être maintenu ou manipulé en lieu et place d'un conteneur (9) audit format ; et
- d'autre part des moyens de préhension (130, 132, 133, 230, 330, 430) agencés pour réaliser une préhension et/ou une manutention d'au moins un conteneur (9) audit format.
2. Appareil (1, 2, 3) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de manutention d'un conteneur (9) au format de préhension, incluant au moins un actionneur (122) agencé pour déplacer ou orienter ledit conteneur selon un ou plusieurs axes (A222).
3. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de préhension (130, 133, 330) et/ou de manutention (122, 222) sont agencés pour être commandés au travers des moyens d'interface numérique (181, 182).
4. Appareil (1, 2, 3, 4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens électroniques de capture ou de mesure (121) d'au moins une grandeur physique ou chimique lesquels communiquent avec des moyens de mémoire (183) et/ou les moyens d'interface numérique (181, 82) pour mémoriser et/ou transmettre les données ainsi obtenues.
5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de capture ou de mesure (121) fournissent des données portant sur le conteneur (9), sur son contenu, et/ou sur ces deux éléments.
6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens d'interface numériques comprennent des moyens de communication sans fil (182).
7. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de stockage énergétique (171) assurant une autonomie énergétique à au moins une partie de ses fonctions (121, 122) entre deux opérations de rechargement desdits moyens de stockage énergétique.
8. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'interface numérique comprennent des moyens de communication par connexion filaire (181).
9. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'interface numérique comprennent à la fois des moyens de communication par connexion filaire (181) et des moyens de communication sans fil (182).
10. Système (80) de traitement ou d'analyse biologique ou chimique d'échantillons, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un appareil de gestion (1, 2, 3, 4) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
11. Procédé de gestion, au sein d'un système automatisé de traitement biologique ou chimique d'échantillons, d'un conteneur (9) à récipients multiples (92) présentant un format (91) incluant une géométrie de préhension déterminée, notamment au format « microplaque », utilisant un appareil électronique de gestion (1, 2, 3, 4) comprenant des moyens d'interface numérique (181, 182) avec un système numérique de traitement de données (800), caractérisé en ce qu'il comprend - d'une part une fixation dudit appareil dans un emplacement (830) audit format au sein dudit système automatisé, par une partie (110, 210, 310, 410) dudit appareil présentant une géométrie compatible avec ledit format et en lieu et place d'un conteneur audit format ; et
- d'autre part une préhension d'au moins un conteneur (9) audit format, par des moyens de préhension (130, 230, 330, 430) audit format compris dans ledit appareil.
12. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de déplacement ou d'orientation du conteneur selon un ou plusieurs axes (A222) par des moyens de manutention (122, 222) inclus dans l'appareil de gestion (1, 2).
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une étape de capture ou de mesure d'au moins une grandeur physique ou chimique du conteneur ou de son environnement par l'appareil de gestion (1, 2, 3, 4), suivie d'une mémorisation et/ou d'une transmission des données ainsi obtenues.
14. Procédé de traitement biologique ou chimique automatisé d'échantillons au sein d'un système automatisé comprenant des moyens robotisés agencés selon un format de préhension déterminé, notamment le format « microplaque », pour manipuler entre plusieurs emplacements audit format des conteneurs à récipients multiples conformes audit format, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une étape de gestion d'un ou plusieurs conteneurs par un appareil ou un système selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, ou selon un procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 13.
15. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- capture ou mesure d'au moins une grandeur physique ou chimique d'une pluralité de conteneurs (9, 9a, 9b) différents, dans au moins un poste de traitement (8, 8a à 8f) comprenant un emplacement robotisé de préhension (830, 830a à 830f) au format de préhension, chacun lors de son passage dans ledit emplacement, par un appareil électronique de capture ou mesure (1, 2, 3, 4) dit fixe ; puis
- transmission des données obtenues à des moyens de gestion ou de contrôle (800) du système automatisé (8, 80) ;
ledit appareil de capture ou mesure fixe étant fixé audit emplacement par une partie de fixation (110, 210, 310, 410) audit format de préhension et comprenant des moyens de préhension (130, 230, 330, 430) audit format qui reçoivent lesdits conteneurs (9) en lieu et place dudit emplacement.
16. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de préhension, déplacement ou orientation d'une pluralité de conteneurs (9, 9a, 9b)) différents, dans au moins un poste de traitement (8, 8a) comprenant au moins un emplacement robotisé de préhension (830, 830a) au format microplaque, chacun lors de son passage dans ledit emplacement, par un appareil de manutention (1, 2, 3) commandé par des moyens de gestion ou de commande (800) du système automatisé (8, 80),
ledit appareil de manutention étant fixé audit emplacement par une partie de fixation (110, 210, 310, 410) audit format de préhension et comprenant des moyens de préhension (130, 230, 330, 430) audit format qui reçoivent lesdits conteneurs en lieu et place dudit emplacement.
17. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- capture ou mesure d'au moins une grandeur physique ou chimique d'un conteneur (9) et/ou de son contenu et/ou de son environnement (E) par un appareil électronique de capture ou mesure (1, 2, 3, 4) dit mobile, puis
- mémorisation ou transmission des données obtenues à des moyens de gestion ou de contrôle (800) du système automatisé (8, 80), dans une pluralité de ou la totalité des emplacements (830, 830a à 830b) de traitement ou de transfert du système automatisé (8, 80), ledit appareil de capture ou mesure mobile comprenant une partie de fixation (110, 210, 310, 410) au format de préhension, par laquelle il est manipulé d'un emplacement à l'autre par les actionneurs (89) dudit système en lieu et place dudit conteneur, et comprenant des moyens de préhension (130, 230, 330, 430) audit format qui retiennent ledit conteneur (9) au cours de son passage dans lesdits emplacements.
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