WO2019072352A2 - Automate de détection des bactéries incriminées dans les infections ou maladies grâce à un système multi-capteurs intégrant une olfactométrie de reconnaissance des métabolites dégagés - Google Patents

Automate de détection des bactéries incriminées dans les infections ou maladies grâce à un système multi-capteurs intégrant une olfactométrie de reconnaissance des métabolites dégagés Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a sensor detection technique which allows to detect certain infections or pathology in the specific medical field in gynecology and the like by this system.
  • This application also validates pathologies in other areas of health as well as in the agri-food field and even used in the environment.
  • This multi sensor system allows a practical diagnosis, fast, easy, taking into account the diagnostic techniques. It must enable the biologist and the practitioner to anticipate, with anticipation and speed, the new aspects of infections or pathologies or metabolic diseases such as diabetes, nosocomial pneumopathies and many others, which affect a population at any age.
  • the biosensor lends itself well to these assays, since it allows the analysis of a sample in a complex biological environment, without resorting to chemical reagents.
  • Figure 1 The conical chamber that carries the sensors
  • Figure 2 show the kinetics and olfactory impressions of two samples.
  • Figure 4 The system design of the electronic board with sensor ports.
  • Fig 5 The acquisition card of the data collected by the sensors.
  • VOCs volatile organic compounds
  • the goal is the realization of a system for detecting these pathologies according to the concentration of the detected molecule. This will make it possible to treat the type of infection on the spot before its evolution and will avoid further examinations in the field of health.
  • the technique concerns the electronic production of the sensor chamber as well as the acquisition of data from the sensors.
  • the sensor chamber is tested on 12 sensors with the following dimensions:
  • These sensors are mainly used to test the chamber and study the behavior of the sensors in a closed environment.
  • the shape of the chamber is tapered Teflon with 12 sensors.
  • VOCs have two inputs that pick up VOCs and a VOC release output through a pump that allows VOCs to be aspirated from the samples and expired from the inside of the chamber to the outside.
  • the volatile organic compounds released by the microorganisms at 37 ° C are aspirated from the sample comprising the collection by a sterile syringe with this automated pump.
  • the volatile organic compounds that are captured in the chamber are sensitive to the specific sensors installed.
  • the data from the sample analysis is processed by a statistical study method that allows you to draw data in curves in real time and finally store this data in files.
  • the communication is done through a USB connection.
  • This temperature of 37 ° C samples is ensured by a water bath which is on the tray of the sampling samples.
  • the measuring head is equipped with an automated syringe which allows the volatile organic compounds of the sample to be punctured and aspirated, then conveyed to the The Polarization and Heating Circuits of the Sensors
  • the power supply part of the electronic card is summarized in FIG. 4 below:
  • the bias voltage of the VC sensors is between 0 and 5 V. This voltage is identical for all the sensors of the matrix.
  • the sensors are heated either at constant temperatures (isothermal mode) or by a temperature modulation.
  • the circuit realized by a power supply making it possible to adjust the heating and polarization voltages as shown in FIG. 4 and FIG. 5
  • the resistance RS of the sensor is deduced from the measurement of the voltage VRL across the terminals of RL (10kD):
  • the electronic board with the sensors is made: component side and copper side. They are included in the map.
  • the number of sensors to put together are defined during this stage of the design of the card, the portion of the "insulated diet" is closed.
  • the acquisition card is connected to a computer screen, it determines a reading time the reaction of the sensors to natural gas.
  • each sensor sensitive to volatile organic compounds specific tobacteria incriminated in these infections or diseases.
  • the detection of Volatile Organic Compounds of each vaginal exudate is aspirated using a sterile syringe to detect the gases released by the samples analyzed for the pathology.
  • the cleaning of the chamber (emptying) after each sample passage is done every 5 min, the time required, to start a suction of the gas evolved by the bacteria of the vaginal flora (vaginal exudates).
  • the difference between the injection of the same sample is greater than or equal to the difference between a healthy sample and a carrier sample.
  • the headspace generation temperature and the headspace generation time will be increased to improve repeatability for the same sample and two different bottles.
  • the samples undergo a repetition of analyzes.
  • the samples are close to each other, the method used allows to obtain a well confirmed result. There is an intersection between healthy samples and carrier samples.
  • VOCs released by the samples are subjected to a confirmation test by adding a drop of KOH which allows the release of amines confirming vaginosis by sniffing the samples.
  • the principal component analysis allows the information given by the selected sensors to be graphically represented on two axes. 93.33% of the information is represented on the X axis and 6.58% on the Y axis; 99.91% of the total information given by the sensors is represented in FIG. 3 '. Each color represents a sample: healthy sample in red and samples carrying vaginosis in blue. Excellent discrimination is obtained between healthy samples and samples carrying the infection.

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Abstract

Le but de cette invention est que la technologie du nez électronique est aujourd'hui considérée comme outil rapide d'identification des pathologies à l'aide de composés volatils. Cette nouvelle approche de diagnostic médical dans le domaine de la gynécologie offre des possibilités intéressantes dans beaucoup de domaines médicaux, entre autres en pneumopathie nosocomiales, en diabétologie et dans d'autres spécialités médicales. L'utilisation de la bactériologie classique, prend 2 à 3 jours pour donner diagnostique au praticien ou au biologiste du type de bactéries incriminée dans l'infection. La problématique chez le patient symptomatique. A partir d'un système multi capteurs permettant la détection des composés organiques volatiles (COV) tels que les oxydes métalliques, les capteurs à CO2, les amines, le 4 Heptanone dans le cas des infections et les pathologies métabolique. On détecte l'espèce bactérienne incriminée dans l'infection à partir des COV dégagées par la bactérie en 30 min. Cette technologie peut résoudre un grand problème chez les personnes atteintes de d'infection vaginose ou de vaginite à répétition ou d'autres pathologies. L'utilisation des biocapteurs a été choisie pour le développement d'un système portable ou appareil fixe destiné à analysées des grandes quantités de prélèvement au niveau des laboratoires d'analyses médicales et hôpitaux. Cette structure permet en effet une optimisation de taille et de consommation. Les biocapteurs sont généralement reproductibles, rapides dans la détectionet très sélectif dû à une combinaison adéquate de différents matériaux. Ces capteurs présentent en fait tous les atouts pour une intégration au sein d'un dispositif de diagnostic par l'olfactométrie. Mots clés : Système biocapteurs, oxyde métalliques, CO2, amines, diagnostic

Description

Titre de l'invention :
Procédure de détection des infections gynécologique à partir des composés organiques volatils des exsudais vaginaux par un système Multi capteurs
Domaine technique auquel se rapporte l'invention :
Analyse des échantillons d' exsudais vaginaux : Détection et prévention des maladies et des infections dans le domaine gynécologique par un système multi-capteurs.
L'invention concerne une technique de détection par des capteurs qui permet dedétecter certaines infections ou pathologie dans le domaine médical spécifique en gynécologie et autres par ce système.
II peut être étudié aussi aux infections nosocomiales, la détection du diabète et dans d'autres spécialités médicales ainsi qu' agroalimentaire et environnementale.
Etat de la technique antérieure :
A ce jour, les applications biomédicales restent encore inexploitées dans certains domaines surtout en gynécologie en pneumopathies nosocomiales et d'autres pathologies.Les capteurs se prêtent bien à ces dosages, puisqu'ils permettent l'analyse d'échantillons dans un milieu biologique complexe, sans avoir recours aux réactifs chimiques par des chromatographies en phase gazeuse ou spectrométrie de masse ou Nez Electronique. Ma technique se réalise par la conception d'un système multi capteurs différentdestiné aux les laboratoires d'analyses médicales. Utilisé comme automate.
Cette application valide aussi les pathologies dans d'autres domainesde la santé ainsi que dans le domaine agroalimentaire et même utilisée dans l'environnement.
But de l'invention :
Ce système Multi capteurs permet un diagnostic pratique, rapide, facile, tenant compte sur les techniques de diagnostic. Il doit permettre au biologiste et au praticien de faire face avec prévision et rapidité aux aspects nouveaux des infections ou pathologie ou aux maladies métabolique comme le diabète, les pneumopathies nosocomiales et bien d'autres, qui touchent une population à tout âge confondu.
La technologie de ce système multi-capteurs est aujourd'hui considérée comme un outil rapide d'identification de composés volatils. L'extension de son utilisation au diagnostic clinique médical est aujourd'hui envisagée. Ceci constitue l'objet de cette invention.
Le biocapteur se prête bien à ces dosages, puisqu'il permet l'analyse d'un échantillon dans un milieu biologique complexe, sans avoir recours aux réactifs chimiques.
En gynécologie, la prévalence des infections bactériennes ou au sein de notre population de consultantes est importante. 1.5 Enoncé des figures :
De toutes les Façons, l'invention sera bien comprise à l'aide de description qui suit, en référence aux courbes annexés de ce procédé.
Figure 1 : La chambre conique qui porte les capteurs
Figure 2: montrent les cinétiques et les empreintes olfactives de deux échantillons.
Figure 3 : comparaison des empreintes olfactives de deux échantillons porteurs de la vaginose, avec in indice de similarité de 37%
De manière à comparer la répétabilité de la méthode, les injections de deux flacons différents mais du même prélèvement sont comparés.
Figure3' : une excellente discrimination est obtenue à 99%.
Figure 4: La conception du système de la carte électronique avec des ports de capteurs.
Figue 5 : La carte d'acquisition des donnés collectés par les capteurs.
Présentation de l'invention
Les systèmes des capteurs chimiques permettant la détection de composés organiques volatiles (COV) pour des diagnostiques cliniques. Cette nouvelle approche de diagnostic médical offre des possibilités intéressantes dans beaucoup de secteurs médicaux.
Le défi des applications médicales est en effet de pouvoir s'affranchir de la grande variabilité des patients. La technologie semble prometteuse afin de soulager les spécialistes travaillant dans les cliniques pour mener à bien des dépistages sur la population dans son ensemble. Améliorer le taux de détection et de prévention d'une maladie au sein de la population réduirait considérablement les coûts indirects liés à un diagnostic tardif.
Le but est la réalisation d'un système de détection de ces pathologies selon la concentration de la molécule détectée. Ceci permettra de traiter sur le champ le type d'infection avant son évolution et évitera des examens complémentaires dans le domaine de la santé.
De nombreuses applications médicales seront envisagées. Un même appareil pourra répondre aussi à plusieurs applications médicales permettant de diagnostiquer de manière précoce diverses maladies.
L'application de ce système multi capteurs peut être envisagée dans le domaine agroalimentaire et environnemental ;
Mode de réalisation de l'invention :
La technique concerne la réalisation électronique de la chambre des capteurs ainsi que l'acquisition des données issues des capteurs. La chambre des capteurs comporte est testée sur 12 capteurs avec les dimensions suivantes :
- Dimensions : capteur rond (bleu) : rayon 2cm et hauteur 1cm
- Dimensions : capteur rectangulaire (jaune) : 5,2cm X 1,7cm
- Rayon cercle intérieur 10cm
- Rayon cercle extérieur 11cm
Figure imgf000005_0001
Ces capteurs sont utilisés essentiellement pour tester la chambre et étudier le comportement des capteurs dans un milieu fermé. La forme de la chambre est conique en téflon dotée de 12 capteurs.
Elle possède deux entrées qui captent les VOC et une sortie de dégagement des VOC grâce à une pompe qui permet l'aspiration des VOC des échantillons et leur expiration de l'intérieur de la chambre, vers l'extérieur.
Les entrées et les sorties sont automatisées par ce système multicpateur afin d'analyser les échantillons voir figure 1.
Les Composés volatils organiques dégagées par les microorganismes à 37 °C sont aspirés de l'échantillon comprenant le prélèvement par une seringue stérile grâce à cette pompe automatisée.
Les composées volatiles organiques qui sont captésdans la chambre sont sensibles aux capteurs spécifiques installés.
L'acquisition des données issues des capteurs et transmise à la carte d'interface. qui permet d'assurer la polarisation et le chauffage des capteurs.
Les donnés de l'analyse des échantillons sont traités par une méthode d'étude statistique qui permet d'effectuer un tracer des données en formes de courbes en temps réelet enfin de stocker ces données dans des fichiers.
La communication se fait à travers une connexion USB.
Une fois la mise en place, la mise au point est réalisée de la chambre de capteurs, de la carte de polarisation, du chauffagede 37°C température idéale pour le dégagement des composés volatils des bactéries.
Cette température de 37°c des échantillons est assurée grâce un bain marie qui se trouve sur le plateau porteur des échantillons de prélèvement.
La tête de prise de mesure est dotée d'une seringue automatisée qui permet de piquer et aspiré les composés organiques volatiles de l'échantillon de prélèvement ensuite le véhiculer vers la Les Circuits de polarisation et de chauffage des capteurs' La partie alimentation de la carte électronique est résumée sur la figure 4ci-dessous :
Figure d'alimentation du circuit électronique réalisé avec une Polarisation et chauffage. La tension de polarisation des capteurs VC est comprise entre 0 et 5 V. Cette tension est identiquepour tous les capteurs de la matrice. Les capteurs sont chauffés soit à températures constantes (mode isotherme), soit par une modulation de température.
. Le circuit réalisé par une alimentation électrique permettant d'ajuster les tensions de chauffage et de polarisation comme le montre La figure 4 et figure 5 La résistance RSdu capteur est déduite de la mesure de la tension VRL aux bornes de RL(10kD ):
RS = ((VC / VRL) - l) x RL Les Circuits de polarisation, de chauffage et de mesure des capteurs commercialisés
La carte électronique comportant les capteurs est réalisée : côté composants et côté cuivré. Elles sont incluses dans la carte.
Le nombre de capteurs à mettre ensemble sont définis pendant cette étape de la conception de la carte, La partie circuit de mise en forme « régime isotherme » est clôturée.
La carte d'acquisition est connecté à un écran d'ordinateur, on détermine un temps de lecture la réaction des capteurs au gaz naturel.
Une fois l'optimisation est faite par chaque capteur sensible aux Composés organiques volatiles spécifique auxbactéries incriminées dans ces infections ou maladies. La détection des Composés organiques volatiles de chaque exsudât vaginal est aspirée à l'aide d'une seringue stérile pour détecter les gaz dégagés par les échantillons analyséspour déterminé la pathologie.
En effet l'introduction de se système multi-capteur permet d'assurer l'arrivée du gaz, d'une façon équitable, à tous les capteurs existants.
Le nettoyage de la chambre (vidange) après chaque passage d'échantillon se fait tous les 5 min, le temps nécessaire, pour repartir une aspiration du gaz dégagé par les bactéries de la flore vaginale (exsudais vaginaux).
Le mode de réalisation de l'invention peut être décrit comme suit :
L'analyse d'un prélèvement à l'état brut sans ajout de réactif ni autres molécule sur milieu qui est divisé en deux échantillons de 2ml prélevés de chaque flacon de manière à pouvoir tester la répétition de la méthode et ces échantillons sont analysés par ce système multi- capteurs
Après l'acquisition des données, une comparaison entre les réponses des capteurs pour les Il est important de signaler qu'une réponse intense ne correspond pas à une forte odeur et vice versa. L'intensité donnée par cesystème multi capteurs doit être corrélée avec les notes du panel sensoriel ou les résultats d'une analyse chimique pour le traitement de données par des méthodes statistiques. Les réponses des capteurs mise en places sont représentés par les cinétiques et les empreintes olfactives de deux échantillons la figure 2.
La différence entre l'injection d'un même échantillon est supérieure ou égale à la différence entre un échantillon sain et un échantillon porteur.
La température de génération de l'espace de tête et le temps de génération de l'espace de tête vont être augmentés de manière à améliorer la répétabilité pour un même prélèvement et deux flacons différents..
L'analyse en composantes principales permet de présenter graphiquement sur deux axes l'information donnée par les différents capteurs cités ci dessus. 93.46% de l'information est représentée sur l'axe des X et 5.32% sur l'axe des Y. 98.78% de l'information totale donnée par ces capteurs est représenté sur la figure 3 ; Chaque couleur représente un échantillon : échantillon sains en rouge et échantillon porteurs de la vaginose (bactéries incriminée Gardnerellavaginalis) en bleu.
Les échantillons subissent une répétition d'analyses.
Les prélèvements sont proches les uns des autres, la méthode utilisé permet donc d'obtenir un résultat bien confirmé. Il y a une intersection entre les échantillons sains et les échantillons porteurs.
Après analyses, Les COV dégagés par les prélèvements sont soumis à un test de confirmation par ajout d'une goutte de KOH qui permet le dégagement des aminés confirmant la vaginose en sniffant les échantillons.
L'analyse en composantes principales permet de représenter graphiquement sur deux axes l'information donnée par les capteurs choisis, 93.33% de l'information est représentée sur l'axe des X et 6.58% sur l'axe des Y ; 99.91% de l'information totale donnée par les capteurs est représentée sur la figure 3'. Chaque couleur représente un échantillon : échantillon sains en rouge et échantillons porteurs de la vaginose en bleu. Une excellente discrimination est obtenue entre les échantillons sains et les échantillons porteurs de l'infection.
Malgré la variabilité obtenue pour chaque groupe, les deux classes d'échantillons (porteurs de la maladie et sains sont différenciés).

Claims

REVENDICATIONS
1 Le système multi capteurs qui caractérise la détection des molécules volatiles
incriminés dans les infections et les maladies ou autres odeurs étudiés au préalable.
2- Le système multi-capteurs selon la revendication 1 se caractérise par la confection d'une chambre en téflon de forme conique et un passeur d'échantillon qui porte un bain marie avec une température réglable et le contrôle de cette température est gérer par le système multi capteurs.
3 Le système multi-capteurs selon la revendication 2 comprend une entrée et une sortie de la chambre qui permet de véhiculer les composés organique volatiles. Ces entrées et sortie de gaz sont assurés par une pompe automatisée.
4- Le système multi-capteurs selon la revendication 3 comporte l'utilisation d'une seringue stérile portée par un bras manipulateur qui aspire les molécules dégagées par les microorganismes se trouvant dans l'échantillon du prélèvement faisant guise de pompe automatisée. Ce bras manipulateur est dotée d'une seringue de prélèvement, se déplaçant dans le sens de l'axe des X,Yet Z pour prélever les Composées organiques volatiles des prélèvements pour et envoyés dans la chambre des capteurs spécifiques à aux composés volatils organiques dégagés.
5- Le système multi-capteurs selon la revendication 1 est dotée d'une tension de polarisation des capteurs VC est comprise entre 0 et 5 Volte. Cette tension est identique pour tous les capteurs de la matrice. Les capteurs sont chauffés soit à températures constantes (mode isotherme) dans un bain marie, soit par une modulation de température selon les échantillons prélevés et l'analyse à faire.
6 Le système multi-capteurs comporte selon la revendication 5 la mise en place de la carte de polarisation, avec une 37°C température idéale pour le dégagement des composés volatils des bactéries se trouvant dans les flacons de prélèvement..
7- Procédure de détection des infections ou maladies dans le domaine gynécologique à partir des composés organiques volatils de la flore entière de doderleine qui est caractérisés par le système multi-capteurs d'identification des composants organiques volatiles de cette flore.
8 Cette analyse d'échantillons selon la revendication7 se fait directement sur le
prélèvement d'exsudats sans ajouter aucun réactif chimique ou moléculepour le dégagement des composés volatils incriminés dans l'infection ou la maladie.
9 Un passeur d'échantillon de prélèvement selon la revendication 1 est placé dans un bain marie à une température adéquate.
FEUILLES DE REMPLACEMENT (RÈGLE 26) Les échantillons sont analysés deux fois afin de donner une bonne reproductibilité et une fiabilité des résultats.
10- Procédure de détection des infections ou maladies dans le domaine gynécologique à partir des composés organiques volatils des exsudais vaginauxSelon la revendication 1, caractérisée par une base de données stockée dans ce système de multi-capteurs. Chaque courbe correspond à une réponse spécifique à un capteur donné. Ce qui permet la discrimination des échantillons. On réalise une analyse en composantes principales sur les données.
11- Ce procédé, selon cette technique permet de détection des infections ou maladies, dans le domaine gynécologique à partir de dégagement des molécules des composés organiques volatils des exsudais vaginaux par une température selon la revendication 1, caractérisée par l'analyse en composantes principales, permettant de présenter graphiquement sur deux axes l'information donnée par les capteurs. Ce système multi capteurs peut être utilisé même en diabétologie et en agroalimentaire et Environnement.
12- Procédure de détection par ce système multi capteur des infections ou maladies dans le domaine gynécologique ou d'autres domaines de la santé comme le diabète à partir des composés organiques volatils des exsudais vaginaux selon la revendication 3, caractérisée par les échantillons d'un même prélèvement sont proches les uns des autres. L'analyse en composantes principales permet de représenter graphiquement sur deux axes l'information donnée par les capteurs 88.68% de l'information est représentée sur l'axe des X et 7.01% sur l'axe des Y. 95.69% de l'information totale donnée par lescapteurs est représenté sur la figure 2. Chaque couleur représente spécifiquement le patient saint ou le patient symptomatique.
13- Procédure de détection des infections ou maladies dans le domaine gynécologique à partir des composés organiques volatils des exsudais vaginaux selon la revendication 1, caractérisée par une excellente discrimination obtenue à 99.98% en figure 3 avec le capteur C02. Etant donné qu'on travaille sur des échantillons de prélèvement de 2 ml pour la série d'analyse, cela permet d'homogénéiser et de standardiser la qualité d'analyse des échantillons.
FEUILLES DE REMPLACEMENT (RÈGLE 26)
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