FR2889591A1 - Immobilized phase biosensor for receiving a signal emitted by bioelements and to convert the received signal into electrical signal by transduction unit, comprises a case and a removable immobilization support of bioelements - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un biocapteur comportant un boîtier, un supportThe invention relates to a biosensor comprising a housing, a support
d'immobilisation de bioéléments et des moyens de transduction, les moyens de transduction étant aptes, quand le support est monté sur le boîtier dans une position de service, à recevoir un signal émis par lesdits bioéléments, et à le convertir en un immobilization of bioelements and transduction means, the transducing means being adapted, when the support is mounted on the housing in a service position, to receive a signal emitted by said bioelements, and to convert it into a
signal électrique. L'invention concerne également une carte enfichable dans ce boîtier et sur laquelle est fixé ledit support. electrical signal. The invention also relates to a plug-in card in this case and on which said support is fixed.
Diverses méthodes chimiques ou physiques sont utilisées pour détecter les constituants chimiques polluants dans des secteurs aussi différents que l'environnement, la santé, ou l'agroalimentaire. En particulier, il est connu de détecter des constituants polluants au moyen de bioéléments , notamment de microorganismes, choisis pour réagir d'une manière spécifique à un agent cible c'est-à-dire à un produit chimique spécifique ou à un agent physique présent dans leur environnement. Un agent cible peut être par exemple l'ammoniaque, le cadmium, le chrome, le cobalt, le cuivre, le mercure, le zinc, une protéine particulière, un PCB, etc. En réponse à un agent cible, certains microorganismes consomment de l'oxygène pour la métabolisation, produisent du CO2 ou de la lumière. Au contraire, la mise en contact avec un agent cible peut aussi entraîner une diminution de la lumière produite par certains microorganismes. Various chemical or physical methods are used to detect polluting chemical constituents in sectors as diverse as the environment, health, or agri-food. In particular, it is known to detect polluting constituents by means of bioelements, in particular microorganisms, chosen to react in a specific manner to a target agent, that is to say to a specific chemical or to a physical agent present in their environment. A target agent may be, for example, ammonia, cadmium, chromium, cobalt, copper, mercury, zinc, a particular protein, a PCB, etc. In response to a target agent, some microorganisms consume oxygen for metabolism, produce CO2 or light. On the contrary, contacting with a target agent may also result in a decrease in the light produced by certain microorganisms.
Ces microorganismes sont classiquement incorporés dans des kits de mesure jetables ou dans des systèmes d'analyse plus durables et réutilisables appelés biocapteurs . These microorganisms are conventionally incorporated in disposable measuring kits or in more durable and reusable analysis systems called biosensors.
Certains biocapteurs comportent un ensemble de bactéries luminescentes en suspension dans un liquide ou immobilisées sur un support. L'ensemble de bactéries est couplé optiquement, par exemple au moyen de fibres optiques, à un photodétecteur, par exemple un luminomètre ou une photodiode. Ces biocapteurs fonctionnent à la manière d'une sonde optoélectronique: Les bactéries sont mises en contact avec un fluide susceptible de contenir l'agent cible à détecter et/ou à mesurer, dans des conditions permettant aux bactéries de réagir. La réaction éventuelle des bactéries modifie la quantité de lumière reçue par le photodétecteur. Ces modifications sont interprétées par un microprocesseur, par exemple pour fournir une mesure de la teneur de l'agent cible ou déclencher une alerte. De tels biocapteurs sont par exemple décrits dans WO 02/023168 (EP 1 317 666) ou dans WO 00/33065. Some biosensors include a set of luminescent bacteria suspended in a liquid or immobilized on a support. The set of bacteria is optically coupled, for example by means of optical fibers, to a photodetector, for example a luminometer or a photodiode. These biosensors function in the manner of an optoelectronic probe: The bacteria are brought into contact with a fluid that may contain the target agent to be detected and / or measured, under conditions allowing the bacteria to react. The eventual reaction of the bacteria modifies the amount of light received by the photodetector. These modifications are interpreted by a microprocessor, for example to provide a measure of the content of the target agent or trigger an alert. Such biosensors are for example described in WO 02/023168 (EP 1 317 666) or in WO 00/33065.
Les biocapteurs nécessitant de fixer les bactéries sur un support, dits biocapteurs en phase immobilisée , peuvent être utilisés en laboratoire ou sur site. Cependant, si les bactéries meurent pendant l'utilisation du biocapteur, ce dernier est hors d'usage et doit être remplacé, à moins de fixer de nouvelles 5 bactéries. L'utilisation de tels biocapteurs peut donc générer des coûts élevés et exige une haute qualification des opérateurs. Biosensors that need to fix bacteria on a support, called immobilized phase biosensors, can be used in the laboratory or on site. However, if the bacteria die while using the biosensor, the biosensor is out of order and needs to be replaced unless new bacteria are established. The use of such biosensors can therefore generate high costs and requires a high qualification of the operators.
II existe donc un besoin pour un biocapteur en phase immobilisée plus simple et moins coûteux d'utilisation. There is therefore a need for an immobilized phase biosensor simpler and less expensive to use.
Le but de l'invention est de satisfaire ce besoin. The object of the invention is to satisfy this need.
Selon l'invention, on atteint ce but au moyen d'un biocapteur comportant un boîtier, un support d'immobilisation de bioéléments et des moyens de transduction, les moyens de transduction étant aptes, quand le support est monté sur le boîtier dans une position de service, à recevoir un signal, de préférence un rayonnement électromagnétique, visible ou non, émis par lesdits bioéléments et à le convertir en une information sur sa nature et/ou son intensité. Le biocapteur selon l'invention est remarquable en ce que le support est démontable du boîtier indépendamment des moyens de transduction. According to the invention, this object is achieved by means of a biosensor comprising a housing, an immobilization support for bioelements and transduction means, the transduction means being suitable, when the support is mounted on the housing in a position service, to receive a signal, preferably electromagnetic radiation, visible or not, emitted by said bioelements and to convert it into information on its nature and / or its intensity. The biosensor according to the invention is remarkable in that the support is removable from the housing independently of the transduction means.
Comme on le verra plus en détail dans la suite de la description, le démontage permet un remplacement rapide et simple du support, en particulier en cas de destruction des bioéléments. Une qualification élevée des opérateurs n'est pas requise à cette fin. As will be seen in more detail in the following description, the disassembly allows a quick and simple replacement of the support, especially in case of destruction of bioelements. High operator qualification is not required for this purpose.
En outre, un changement de bioéléments est possible par simple remplacement du support. Le biocapteur selon l'invention peut ainsi facilement s'adapter à un agent cible particulier. Il n'est donc pas nécessairement spécialisé pour détecter un ou plusieurs agents cibles prédéterminés. In addition, a change of bioelements is possible by simply replacing the support. The biosensor according to the invention can thus easily adapt to a particular target agent. It is not necessarily specialized to detect one or more predetermined target agents.
De préférence, le biocapteur selon l'invention comporte encore une ou plusieurs des caractéristiques préférées suivantes: - Le support est amovible manuellement, c'est-à-dire qu'il peut être monté et démonté du boîtier sans instrument particulier. Preferably, the biosensor according to the invention also comprises one or more of the following preferred characteristics: the support is manually removable, that is to say that it can be mounted and removed from the housing without a particular instrument.
- Le support est agencé de manière à isoler physiquement, dans la position de service, les bioéléments et les moyens de transduction. - The support is arranged to isolate physically, in the service position, bioelements and transduction means.
- Le support est transparent au signal. - The support is transparent to the signal.
- Le support est fixé sur un cadre d'une carte enfichable dans une fente du boîtier. - The bracket is attached to a frame of a plug-in card in a slot of the housing.
- Le support est collé sur le cadre au moyen d'une colle thermique. - The support is glued to the frame by means of a thermal glue.
- Le cadre est réalisé dans un plastique ERTACETAL . - The frame is made of ERTACETAL plastic.
Le biocapteur comporte des moyens de communication aptes à mettre en relation de fluide, dans la position de service, les bioéléments et une source de fluide extérieure au biocapteur, le fluide étant susceptible de contenir l'agent cible. The biosensor comprises communication means capable of bringing into fluid connection, in the operating position, the bioelements and a source of fluid external to the biosensor, the fluid being capable of containing the target agent.
Dans la position de service, le support s'étend sensiblement verticalement. In the service position, the support extends substantially vertically.
Le biocapteur comporte des moyens pour faire circuler un fluide de bas en haut le long du support. The biosensor comprises means for circulating a fluid upwardly along the support.
Le signal est un rayonnement électromagnétique, de préférence de la lumière visible. The signal is electromagnetic radiation, preferably visible light.
L'invention concerne aussi une carte enfichable dans une fente d'un boîtier d'un biocapteur selon l'invention, comportant un support d'immobilisation de bioéléments fixé sur un cadre. The invention also relates to a plug-in card in a slot of a housing of a biosensor according to the invention, comprising an immobilization support of bioelements fixed on a frame.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel: la figure 1 représente une vue schématique en perspective d'un biocapteur selon l'invention, une carte selon l'invention étant sur le point d'être introduite dans le boîtier du biocapteur; la figure 2 représente une vue en coupe schématique transversale verticale d'une carte selon l'invention dans une position de service. La carte est représentée insérée dans un bloc de réception d'un boîtier d'un biocapteur selon l'invention, dans la configuration spatiale qu'elle occupe de préférence dans la position de service. L'axe V représente une direction verticale. Other features and advantages of the present invention will appear on reading the following description and on examining the appended drawing in which: FIG. 1 represents a schematic perspective view of a biosensor according to the invention, a card according to the invention being about to be introduced into the housing of the biosensor; FIG. 2 represents a vertical transverse schematic sectional view of a card according to the invention in a service position. The card is shown inserted in a receiving block of a housing of a biosensor according to the invention, in the spatial configuration which it occupies preferably in the service position. The V axis represents a vertical direction.
Dans la présente description, les adjectifs supérieur , inférieur , droit , gauche , vertical , horizontal , etc. sont utilisés en référence à la figure 2. In the present description, the adjectives upper, lower, right, left, vertical, horizontal, etc. are used with reference to FIG.
Par démontage , on entend toute opération permettant de déplacer suffisamment le support hors de la position de service pour permettre son remplacement par un deuxième support. Le support n'est donc pas nécessairement désolidarisé du boîtier lors du démontage. Par exemple, un dispositif de type caroussel permettant d'insérer successivement différents supports est envisageable. Disassembly means any operation to move enough support out of the service position to allow its replacement by a second support. The support is not necessarily detached from the housing during disassembly. For example, a carousel type device for successively inserting different media is possible.
Le biocapteur 10 représenté sur la figure 1 comporte un boîtier 12, une carte amovible 14 intégrant un support d'immobilisation, sous la forme d'une vitre 16, permettant d'immobiliser des bioéléments 18, par exemple de bactéries bioluminescentes, et des moyens de transduction optoéléctroniques 20. The biosensor 10 shown in FIG. 1 comprises a housing 12, a removable card 14 incorporating an immobilization support, in the form of a window 16, for immobilizing bioelements 18, for example bioluminescent bacteria, and means optoelectronic transduction system 20.
Le boîtier 12 est de préférence transportable et présente par exemple une longueur d'environ 60 cm, une largeur d'environ 40 cm et une hauteur d'environ 35 cm. II comporte un bloc de réception 22 (figure 2) présentant, en façade avant 23 du boîtier 12, une fente 24 dans laquelle la carte amovible 14 peut être insérée jusqu'à une position de service où les moyens de transduction 20 peuvent détecter un signal émis par les bactéries par réaction à un agent cible présent dans leur environnement. Ce rayonnement est par exemple une lumière visible. The housing 12 is preferably transportable and has for example a length of about 60 cm, a width of about 40 cm and a height of about 35 cm. It comprises a reception block 22 (FIG. 2) presenting, on the front face 23 of the housing 12, a slot 24 in which the removable card 14 can be inserted to a service position where the transducing means 20 can detect a signal emitted by the bacteria by reaction with a target agent present in their environment. This radiation is for example a visible light.
Les moyens de transduction 20 ont pour fonction de capter le signal émis par les bioéléments, en l'occurrence la bioluminescence des bactéries immobilisées sur le support 16, et de le convertir en une information sur sa nature et/ou son intensité. Cette information peut par exemple prendre la forme d'un signal électrique, d'un signal lumineux visible, d'une image, etc. La nature et l'intensité du signal peuvent être par exemple déduits de l'amplitude et de la fréquence du signal électrique ou de la couleur et de l'intensité lumineuse du signal lumineux ou d'une trace lumineuse sur l'image. The transduction means 20 have the function of sensing the signal emitted by the bioelements, in this case the bioluminescence of the bacteria immobilized on the support 16, and converting it into information on its nature and / or its intensity. This information may for example take the form of an electrical signal, a visible light signal, an image, etc. The nature and the intensity of the signal can for example be deduced from the amplitude and the frequency of the electrical signal or the color and the luminous intensity of the light signal or of a luminous trace on the image.
Les moyens de transduction 20 sont connus en soi. Ils peuvent par exemple comporter un photomultiplicateur, une photodiode, un circuit CMOS, une caméra CCD, un film photographique, etc. De préférence ils permettent une mesure en continu de la bioluminescence. The transducing means 20 are known per se. They may for example comprise a photomultiplier, a photodiode, a CMOS circuit, a CCD camera, a photographic film, etc. Preferably they allow a continuous measurement of the bioluminescence.
La carte 14 présente par exemple une forme parallélépipédique de 35 * 35 mm de côté et 17 mm d'épaisseur. The card 14 has for example a parallelepiped shape of 35 * 35 mm side and 17 mm thick.
La carte 14 comporte un cadre 30 et la vitre optique 16, fixée sur le cadre 30. La vitre 16 est de préférence en un verre borosilicaté, mais tout matériau transparent permettant d'immobiliser les bioéléments et de transmettre le signal qu'ils émettent pourrait convenir. A titre d'exemple, on peut citer un plastique à base de PVC, par exemple le PEEK . The card 14 comprises a frame 30 and the optical pane 16, fixed on the frame 30. The pane 16 is preferably made of a borosilicate glass, but any transparent material making it possible to immobilize the bioelements and to transmit the signal they emit could suit. By way of example, mention may be made of a plastic based on PVC, for example PEEK.
De préférence, le cadre 30 est réalisé dans un plastique ERTACETAL . Preferably, the frame 30 is made of ERTACETAL plastic.
Avantageusement, ce matériau est inerte chimiquement et biologiquement et peut être autoclavé à 120 C tout en assurant une bonne capacité calorifique. Advantageously, this material is chemically and biologically inert and can be autoclaved at 120 ° C. while ensuring a good heat capacity.
Le cadre 30 est percé d'un alésage central traversant 32 d'axe horizontal A débouchant par des ouvertures gauche 34 et droite 36 sur des faces gauche 38 et droite 40 du cadre 30. De préférence, l'alésage 32 présente un diamètre d'environ 13 mm. La vitre optique transparente 16 est insérée transversalement à l'intérieur de l'alésage 32 de manière à obturer hermétiquement ce dernier. The frame 30 is pierced with a central through bore 32 of horizontal axis A opening through openings 34 and 36 on the right left and right faces 38 of the frame 30. Preferably, the bore 32 has a diameter of about 13 mm. The transparent optical pane 16 is inserted transversely inside the bore 32 so as to seal the latter.
La vitre 16 est de préférence collée sur le cadre 30, de préférence en prenant appui sur un épaulement 42 de l'alésage 32. Un tel collage est délicat dans la mesure où il s'agit de réunir hermétiquement deux matériaux aux propriétés physiques différentes, à savoir un verre borosilicaté et un plastique très inerte, le collage devant être résistant à des solvants organiques tels que l'isopropanol ou l'éthanol tout en conservant une compatibilité biologique totale. Les colles opérant par vulcanisation restent sans effet sur l'ERTACETAL , et les colles polyvinyliques couramment utilisées pour l'adhésion entre matériaux différents ne permettent pas le maintien de la vitre optique 16 au-delà d'une ou deux utilisations lorsque les cartes sont exposées à des solvants organiques. The pane 16 is preferably bonded to the frame 30, preferably by bearing on a shoulder 42 of the bore 32. Such bonding is delicate insofar as it is a matter of hermetically joining two materials with different physical properties, namely a borosilicate glass and a very inert plastic, the bonding having to be resistant to organic solvents such as isopropanol or ethanol while maintaining full biological compatibility. Adhesives operating by vulcanization have no effect on ERTACETAL, and polyvinyl glues commonly used for adhesion between different materials do not allow the maintenance of the optical glass 16 beyond one or two uses when the cards are exposed. to organic solvents.
Après des recherches approfondies, les inventeurs sont parvenus à obtenir une adhésion efficace et prolongée en utilisant une colle thermique. Cette colle reste fluide et inefficace au-delà de 70 à 80 C environ, mais elle possède les propriétés d'adhésion requises une fois rigidifiée à température ambiante. A titre d'exemple, on peut citer la colle thermique Rocafix. Des colles à base de silicone conviennent également. After extensive research, the inventors have managed to obtain an effective and prolonged adhesion by using a thermal glue. This adhesive remains fluid and inefficient beyond about 70 to 80 C, but it has the required adhesion properties once stiffened at room temperature. By way of example, mention may be made of Rocafix thermal glue. Silicone adhesives are also suitable.
Une face droite 46 de la vitre 16, sur laquelle sont fixées les bactéries, 20 définit un fond d'une chambre de mesure 50. A right face 46 of the window 16, on which the bacteria are attached, defines a bottom of a measuring chamber 50.
Les bactéries sont immobilisées sur la face droite 46 de la vitre optique 16. The bacteria are immobilized on the right face 46 of the optical pane 16.
Toutes les techniques d'immobilisation connues sont applicables: Par exemple, les bactéries peuvent être fixées à la chaleur directement sur la face droite 46, puis recouvertes d'une grille à maillage fin. Elles peuvent aussi être immobilisées par fonctionnalisation moléculaire, en interagissant par exemple avec des anticorps fixés sur la face droite 46. All known immobilization techniques are applicable: For example, the bacteria can be attached to heat directly on the right face 46, then covered with a fine mesh grid. They can also be immobilized by molecular functionalization, interacting for example with antibodies fixed on the right side 46.
Elles peuvent encore être immobilisées dans un polymère (ou immobilisant ), du type PVA, alginate, agarose ou agar. Une suspension de bactéries est alors mélangée au polymère à une température où ce dernier est liquide. Ce mélange est ensuite coulé sur la face droite 46, de préférence via l'ouverture 36 de l'alésage 32, la carte étant disposée sensiblement horizontalement. Puis, on le traite de manière qu'il prenne en masse, par exemple en le laissant refroidir. They can still be immobilized in a polymer (or immobilizer), of the PVA type, alginate, agarose or agar. A suspension of bacteria is then mixed with the polymer at a temperature where the latter is liquid. This mixture is then cast on the right face 46, preferably via the opening 36 of the bore 32, the card being arranged substantially horizontally. Then, it is treated so that it takes in mass, for example by letting it cool.
De préférence, l'alésage 32 présente du côté droit de la vitre 16, à proximité 35 de la face droite 46, une rainure circonférentielle 52, de préférence d'environ 1 mm, dans laquelle le mélange de l'immobilisant et des bactéries peut s'écouler. Après prise en masse, la membrane de bactéries 18 ainsi constituée peut donc avantageusement être fermement maintenue dans le cadre 30. Preferably, the bore 32 has on the right side of the window 16, close to the right face 46, a circumferential groove 52, preferably about 1 mm, in which the mixture of the immobilizer and bacteria can flow is. After caking, the bacteria membrane 18 thus formed can therefore advantageously be firmly held in the frame 30.
Les bactéries sont choisies en fonction de l'agent cible ou des agents cibles 5 à détecter ou à mesurer. Par exemple la souche TBT3 peut être choisie pour la détection du tributylétain. The bacteria are chosen according to the target agent or target agents to be detected or measured. For example the strain TBT3 can be chosen for the detection of tributyltin.
La partie de l'alésage 32 localisée à droite de la vitre 16 définit une paroi latérale 54 de la chambre de mesure 50. The portion of the bore 32 located to the right of the window 16 defines a side wall 54 of the measuring chamber 50.
Un conduit d'entrée 56 est ménagé dans le cadre 30 et débouche d'une part dans la partie inférieure de la paroi latérale 54 de la chambre de mesure 50 et d'autre part sur une face inférieure du cadre 30 par une ouverture d'entrée 58. An inlet duct 56 is formed in the frame 30 and opens on the one hand into the lower part of the lateral wall 54 of the measurement chamber 50 and on the other hand onto a lower face of the frame 30 through an opening of entrance 58.
Un conduit de sortie 60 est ménagé dans le cadre 30 et débouche d'une part dans la partie supérieure de la paroi latérale 54 de la chambre de mesure 50 et d'autre part sur une face supérieure du cadre 30 par une ouverture de sortie 64. An outlet duct 60 is formed in the frame 30 and opens on the one hand into the upper part of the lateral wall 54 of the measurement chamber 50 and on the other hand onto an upper face of the frame 30 via an outlet opening 64 .
De préférence, les conduits d'entrée 56 et de sortie 60, destinés à l'introduction et l'extraction des fluides à tester dans la chambre de mesure 50, sont alignés selon un axe B sensiblement vertical. Preferably, the inlet ducts 56 and 60, intended for the introduction and extraction of test fluids in the measuring chamber 50, are aligned along a substantially vertical axis B.
Le bloc 22 comporte des canaux supérieur 70 et inférieur 72 d'évacuation et d'alimentation de fluide, débouchant sur des faces supérieure 74 et inférieure 76 de la fente 24 par des ouvertures de sortie 78 et d'entrée 80, respectivement. De préférence les canaux supérieur 70 et inférieur 72 sont coaxiaux d'axe B. Dans la position de service, les ouvertures d'entrée 58 et de sortie 64 de la carte 14 sont en regard des ouvertures d'entrée 80 et de sortie 78 du bloc de réception 22. The block 22 has upper 70 and lower 72 discharge and fluid supply channels, opening on upper faces 74 and lower 76 of the slot 24 through outlet openings 78 and inlet 80, respectively. Preferably the upper and lower channels 70 and 70 are coaxial with axis B. In the operating position, the inlet and outlet openings 58 and 64 of the card 14 are opposite the inlet and outlet openings 80 and 78 of the receiving block 22.
Des moyens d'étanchéité, par exemple sous la forme de joints toriques 82 et 84, sont prévus pour assurer une connexion étanche entre les ouvertures d'entrée 58 et de sortie 64 de la carte 14 et les ouvertures d'entrée 80 et de sortie 78 du bloc de réception 22, respectivement. Sealing means, for example in the form of O-rings 82 and 84, are provided to provide a tight connection between the inlet 58 and outlet 64 openings of the board 14 and the inlet and outlet openings 80 78 of the receiving block 22, respectively.
Dans la position de service, la membrane bactérienne s'étend ainsi sensiblement verticalement, la circulation du fluide étant effectuée du bas vers le haut. Avantageusement, ce type de circulation permet de réduire les zones d'inertie hydraulique dans la chambre de mesure 50. In the service position, the bacterial membrane thus extends substantially vertically, the flow of fluid being effected from the bottom upwards. Advantageously, this type of circulation makes it possible to reduce the zones of hydraulic inertia in the measuring chamber 50.
Dans la position de service, l'ouverture droite 36 de l'alésage 32 est fermée par la face droite 86 de la fente 24 du bloc 22. De préférence, un joint d'étanchéité 88 empêche toute fuite de fluide hors la chambre de mesure 50 par l'ouverture droite 35 36 de l'alésage 32. In the service position, the right opening 36 of the bore 32 is closed by the right face 86 of the slot 24 of the block 22. Preferably, a seal 88 prevents leakage of fluid from the measuring chamber 50 through the right opening 35 36 of the bore 32.
Dans une variante de l'invention, non représentée, l'alésage 32 ne débouche pas sur la face 40 du cadre 30, mais forme un trou borgne. Avantageusement, les volumes de la chambre de mesure 50 et des zones d'inertie (régions dans lesquelles la vitesse du fluide à analyser est susceptible de diminuer, voire de s'annuler pendant l'analyse) sont réduits. En outre, aucun joint d'étanchéité 88 n'est plus nécessaire. Enfin, le changement de carte ne nécessite plus alors de nettoyer la face droite 86 de la fente 24, celle-ci n'étant plus jamais en contact avec les fluides analysés. In a variant of the invention, not shown, the bore 32 does not open on the face 40 of the frame 30, but forms a blind hole. Advantageously, the volumes of the measuring chamber 50 and the zones of inertia (regions in which the speed of the fluid to be analyzed is likely to decrease or even to cancel during the analysis) are reduced. In addition, no seal 88 is no longer needed. Finally, the card change no longer requires cleaning the right face 86 of the slot 24, the latter never again in contact with the fluids analyzed.
Ce mode de réalisation rend cependant plus délicat la mise en place des bactéries sur la vitre 16, aucun accès direct à la face droite 46 n'étant alors disponible. Une amélioration consiste à pratiquer un alésage débouchant, comme représenté sur la figure 2, de manière à pouvoir facilement accéder à la face droite 46 de la vitre 16 pour y placer les bactéries, puis à boucher l'ouverture droite 36 de l'alésage au moyen d'un bouchon étanche. This embodiment however makes it more difficult to place the bacteria on the window 16, no direct access to the right face 46 is then available. An improvement consists in making an opening bore, as shown in FIG. 2, so as to be able to easily access the right face 46 of the window 16 to place the bacteria therein, then to plug the right opening 36 of the bore means of a waterproof cap.
En variante, le cadre 40 pourrait encore être formé en deux demi coques conformées de manière à permettre un accès à la face droite 46 de la vitre 16 en position démontée des deux demi coques tout en assurant une étanchéité de la chambre de mesure 50 par rapport à la face droite 86 de la fente 24 dans la position assemblée des deux demi coques. In a variant, the frame 40 could also be formed in two half-shells shaped so as to allow access to the right face 46 of the window 16 in the disassembled position of the two half-shells while ensuring a sealing of the measuring chamber 50 relative to at the right face 86 of the slot 24 in the assembled position of the two half-shells.
De préférence, les joints d'étanchéité 82, 84 et 88 sont fixés à la surface du cadre 30, par exemple par un montage en force dans des gorges disposées autour des ouvertures correspondantes. La profondeur des gorges est déterminée pour permettre le coulissement de la carte 14 dans la fente 24 tout en assurant une écrasement des joints suffisant pour garantir l'étanchéité entre la carte 14 et le bloc 22. Preferably, the seals 82, 84 and 88 are attached to the surface of the frame 30, for example by a force fit in grooves arranged around the corresponding openings. The depth of the grooves is determined to allow the sliding of the card 14 in the slot 24 while ensuring a crushing of the joints sufficient to ensure the seal between the card 14 and the block 22.
Le volume total de la chambre de mesure 50 est de préférence d'environ 1, 32 cm3. The total volume of the measuring chamber 50 is preferably about 1.32 cm 3.
Le bloc 22 comporte encore un alésage 90, de préférence sensiblement horizontal d'axe A, servant de logement à un faisceau de fibres optiques 92. Le faisceau de fibres optiques 92 comporte un coeur 93 formé par une pluralité de fibres optiques, et, de préférence, une gaine 94 ceinturant le coeur 93 pour le protéger et l'isoler optiquement. The block 22 also comprises a bore 90, preferably substantially horizontal axis A, serving as a housing for an optical fiber bundle 92. The optical fiber bundle 92 comprises a core 93 formed by a plurality of optical fibers, and, Preferably, a sheath 94 surrounding the core 93 to protect and optically isolate it.
L'alésage 90 débouche à l'intérieur de la fente 24, de manière que les faces terminales des fibres optiques du coeur 93 soient en regard de la face gauche 95 de 35 la vitre optique 16. The bore 90 opens into the slot 24, so that the end faces of the optical fibers of the core 93 are opposite the left face 95 of the optical pane 16.
Le faisceau de fibres optiques 92 est solidarisé au bloc 22 au moyen d'une férule 96. La férule 96 permet avantageusement un positionnement précis des extrémités des fibres du faisceau de fibres optiques 92 selon un plan Po parallèle au plan P, de la face gauche 95 de la vitre optique 16. The optical fiber bundle 92 is secured to the block 22 by means of a ferrule 96. The ferrule 96 advantageously allows precise positioning of the ends of the fibers of the optical fiber bundle 92 along a plane Po parallel to the plane P, of the left face 95 of the optical window 16.
La fixation du faisceau de fibres 92 au moyen d'une férule 96 permet en outre de reproduire à l'identique la position du coeur du faisceau de fibres 96 après des opérations de maintenance éventuelles. La férule 96 permet un positionnement rapide et simple du faisceau de fibres 92, évitant le recours à un système plus complexe dans lequel le signal émis par les bactéries est focalisé dans le coeur du faisceau de fibres par une lentille biconvexe, qui exige une géométrie extrêmement précise. La présente invention concerne cependant également un biocapteur comportant un tel système. Fixing the fiber bundle 92 by means of a ferrule 96 also makes it possible to identically reproduce the position of the core of the bundle of fibers 96 after possible maintenance operations. The ferrule 96 allows a fast and simple positioning of the fiber bundle 92, avoiding the use of a more complex system in which the signal emitted by the bacteria is focused in the core of the fiber bundle by a biconvex lens, which requires an extremely high geometry. precise. The present invention, however, also relates to a biosensor comprising such a system.
A la différence des biocapteurs bactériens bioluminescents en phase immobilisée selon la technique antérieure où la membrane de bactéries est directement fixée à la surface d'un faisceau de fibres optiques, l'utilisation d'une carte amovible 14 selon l'invention impose un écartement de la face gauche 95 de la vitre optique 16 et du faisceau de fibres 92. De préférence, l'écartement a entre les plans Po et P, est cependant inférieur à environ 1 mm. Avantageusement, la dispersion des photons entre les bactéries et les fibres optiques en est limitée. Unlike bioluminescent bacterial biosensors immobilized phase according to the prior art where the bacterial membrane is directly attached to the surface of a bundle of optical fibers, the use of a removable card 14 according to the invention imposes a separation of the left face 95 of the optical pane 16 and the fiber bundle 92. Preferably, the spacing α between the planes Po and P, however, is less than about 1 mm. Advantageously, the dispersion of the photons between the bacteria and the optical fibers is limited.
De plus, de préférence, la vitre 16 isole la chambre de mesure 50 du faisceau de fibres optiques 92. Aucun fluide ne circule donc entre les bactéries 18 et le faisceau de fibres optiques 92. Avantageusement, il est ainsi possible d'analyser des échantillons disposés dans la chambre de mesure 50 qui entravent la transmission du signal émis par les bactéries, par exemple des échantillons opaques ou troubles. In addition, preferably, the pane 16 isolates the measuring chamber 50 from the optical fiber bundle 92. No fluid therefore circulates between the bacteria 18 and the optical fiber bundle 92. Advantageously, it is thus possible to analyze samples disposed in the measuring chamber 50 which impede the transmission of the signal emitted by the bacteria, for example opaque samples or disorders.
La fente 24 du bloc 22 est conformée pour assurer un positionnement précis de la carte 14 par rapport au faisceau de fibres optiques 92, tout en permettant l'écrasement des joints toriques d'étanchéité 82, 84 et 88. Lorsque la carte 14 est insérée dans le bloc 22, la vitre optique 16 est située exactement en face de la férule 96. The slot 24 of the block 22 is shaped to ensure accurate positioning of the card 14 relative to the optical fiber bundle 92, while allowing the seals 82, 84 and 88 to be crushed. When the card 14 is inserted in the block 22, the optical pane 16 is located exactly in front of the ferrule 96.
De préférence, le bloc 22 comporte enfin un logement 98 situé à quelques millimètres de la vitre optique 16 et recevant un élément chauffant 100. Le transfert de chaleur depuis cet élément chauffant 100 vers la carte 14 est réalisé par simple conduction thermique grâce aux propriétés thermiques du plastique ERTACETAL . Preferably, the block 22 finally comprises a housing 98 situated a few millimeters from the optical pane 16 and receiving a heating element 100. The heat transfer from this heating element 100 to the card 14 is achieved by simple thermal conduction due to the thermal properties ERTACETAL plastic.
Le boîtier 12 incorpore alors de préférence des moyens de régulation de température, non représentés, permettant de maintenir les bactéries à une température de consigne au moyen de l'élément chauffant 100. The housing 12 then preferably incorporates temperature control means, not shown, for maintaining the bacteria at a set temperature by means of the heating element 100.
La carte 14 est avantageusement totalement dépourvue de tout composant électrique ou électronique. Elle peut donc être remplacée en quelques minutes en fonction de la mesure souhaitée par un opérateur sans qualification particulière. The card 14 is advantageously completely devoid of any electrical or electronic component. It can therefore be replaced in a few minutes depending on the measurement desired by an operator without special qualifications.
La carte 14 est de préférence équipée d'un moyen de préhension, par exemple d'une bague non représentée, facilitant son introduction et son extraction manuelles. The card 14 is preferably equipped with a gripping means, for example a not shown ring, facilitating its introduction and its manual extraction.
De préférence, le boîtier 12 incorpore encore un circuit hydraulique 102 (voir figure 1) permettant d'introduire et d'extraire différents fluides, en particulier des liquides contenant un ou plusieurs agents cibles, simultanément ou successivement, dans la chambre de mesure 50. De préférence le circuit hydraulique 102 permet le passage séparé, alternativement, d'au moins trois échantillons fluides extraits de sources 104 dans la chambre de mesure 50, en assurant une récupération des déchets. Cette récupération permet avantageusement une décontamination biologique et évite tout relargage, même accidentel, des bioéléments dans l'environnement. The housing 12 preferably further incorporates a hydraulic circuit 102 (see FIG. 1) making it possible to introduce and extract various fluids, in particular liquids containing one or more target agents, simultaneously or successively, into the measuring chamber 50. Preferably the hydraulic circuit 102 allows the separate passage, alternatively, of at least three fluid samples extracted from sources 104 in the measuring chamber 50, ensuring recovery of waste. This recovery advantageously allows biological decontamination and avoids any release, even accidental bioelements in the environment.
De préférence encore, le boîtier 12 incorpore des moyens de ventilation non représentés, de préférence à fonctionnement continu, afin de limiter à la fois l'échauffement des appareils électriques et les phénomènes éventuels de condensation. More preferably, the housing 12 incorporates unrepresented ventilation means, preferably continuous operation, in order to limit both the heating of electrical appliances and possible phenomena of condensation.
Une source d'énergie électrique ou des moyens de connexion électrique, non représentés, sont également prévus pour alimenter les différents consommateurs électriques du biocapteur. A source of electrical energy or electrical connection means, not shown, are also provided for supplying the various electrical consumers of the biosensor.
Le fonctionnement du biocapteur décrit ci-dessus est le suivant. The operation of the biosensor described above is as follows.
Pour détecter ou mesurer un agent cible, l'opérateur insère une carte 14 dans la fente 24 de manière que la vitre 16 sépare le faisceau de fibres optiques 92 de la membrane de bactéries 18. Des moyens détrompeurs peuvent être prévus pour éviter toute erreur lors de cette étape. To detect or measure a target agent, the operator inserts a card 14 in the slot 24 so that the window 16 separates the optical fiber bundle 92 from the bacteria membrane 18. Keying means can be provided to prevent any error during of this step.
La carte 14 est insérée jusqu'à la position de service représentée sur la figure 2. Dans la position de service, les ouvertures d'entrée 58 et de sortie 64 de la carte 14 sont en regard des ouvertures d'entrée 80 et de sortie 78 du bloc de réception 22 respectivement, et la vitre 16 fait face au faisceau de fibres optiques 92. De préférence, des butées, non représentées, sont prévues dans le boîtier 12 pour n'autoriser l'enfoncement de la carte 14 dans la fente 24 que jusqu'à la position de service. L'opérateur ne rencontre ainsi aucune difficulté pour positionner la carte 14 dans cette position. The card 14 is inserted to the service position shown in FIG. 2. In the operating position, the inlet and outlet openings 58 of the card 14 are opposite the entry and exit openings 80. 78 of the receiving block 22 respectively, and the window 16 faces the optical fiber bundle 92. Preferably, stops, not shown, are provided in the housing 12 to allow the depression of the card 14 in the slot 24 only to the service position. The operator thus encounters no difficulty in positioning the card 14 in this position.
Si nécessaire, l'opérateur fixe une température de consigne, aidé par exemple par un contrôleur affichant en temps réel la température du bloc 22 et commandant l'élément chauffant 100. Cette température peut par exemple être mesurée en temps réel au moyen d'un thermocouple de type J, non représenté, placé dans le bloc 22. If necessary, the operator sets a set temperature, assisted for example by a controller displaying in real time the temperature of the block 22 and controlling the heating element 100. This temperature can for example be measured in real time by means of a controller. type J thermocouple, not shown, placed in block 22.
Comme le plastique ERTACETAL présente une excellente conductivité thermique, la température du bloc 22 mesurée par le thermocouple peut avantageusement être considérée comme égale à celle de la carte 14. As the plastic ERTACETAL has excellent thermal conductivity, the temperature of the block 22 measured by the thermocouple can advantageously be considered equal to that of the card 14.
L'opérateur commande alors le circuit hydraulique 102, en fixant notamment le débit du fluide injecté dans la chambre de mesure 50, la séquence des différents fluides à faire transiter dans la chambre de mesure 50, et les durées pendant lesquelles ces fluides doivent être en contact avec les bactéries 18 dans la chambre de mesure 50. The operator then controls the hydraulic circuit 102, in particular by setting the flow rate of the fluid injected into the measuring chamber 50, the sequence of the different fluids to be passed through the measuring chamber 50, and the times during which these fluids must be in contact. contact with bacteria 18 in the measuring chamber 50.
Les flèches en trait épais sur la figure 2 représentent la circulation du fluide. The arrows in thick lines in Figure 2 represent the circulation of the fluid.
Les fluides diffusent dans la matrice d'immobilisation et font réagir les bactéries immobilisées qui émettent de la lumière. Cette lumière traverse la vitre 16, puis l'espace d'air séparant cette vitre 16 et le faisceau de fibres 92. Elle pénètre ensuite dans le faisceau de fibres optiques 92 qui la transmet à un convertisseur qui assure leur conversion en un signal électrique. Ce signal peut être enregistré, interprété ou être visualisé, de préférence en temps réel. The fluids diffuse into the immobilization matrix and react the immobilized bacteria that emit light. This light passes through the window 16, then the air space between the window 16 and the fiber bundle 92. It then enters the optical fiber bundle 92 which transmits it to a converter which ensures their conversion into an electrical signal. This signal can be recorded, interpreted or viewed, preferably in real time.
Le boîtier 12 est de préférence suffisamment hermétique à la lumière pour permettre une mesure en continu de la bioluminescence bactérienne. The housing 12 is preferably sufficiently hermetic to light to allow continuous measurement of the bacterial bioluminescence.
La collecte des photons par le faisceau de fibres 92 est améliorée en augmentant le diamètre du coeur 93 du faisceau de fibres 92. De préférence, ce diamètre atteint celui de la vitre optique 16 (de préférence d'environ 6,35 mm). Un diamètre de coeur de fibre de 1 mm est cependant déjà satisfaisant. The collection of photons by the fiber bundle 92 is improved by increasing the diameter of the core 93 of the fiber bundle 92. Preferably, this diameter reaches that of the optical pane 16 (preferably about 6.35 mm). However, a fiber core diameter of 1 mm is already satisfactory.
A la fin de la mesure, l'opérateur arrête la circulation de fluide dans la chambre de mesure 50. II peut alors extraire la carte 14 et la remplacer par une autre, par exemple pour mesurer de nouveaux agents cibles ou parce que la première carte 14 est désormais défectueuse. La carte 14 peut être conçue pour être jetable après utilisation sans que le coût d'exploitation du biocapteur n'en pâtisse. At the end of the measurement, the operator stops the flow of fluid in the measuring chamber 50. He can then extract the card 14 and replace it with another, for example to measure new target agents or because the first card 14 is now defective. The card 14 may be designed to be disposable after use without the cost of operating the biosensor is impaired.
Comme cela apparaît clairement à présent, la manipulation du biocapteur selon l'invention est particulièrement simple, l'intervention de l'opérateur étant minimale. As is clear now, the manipulation of the biosensor according to the invention is particularly simple, the intervention of the operator being minimal.
De plus, le biocapteur peut être automatisé. Le gain de temps est alors très significatif. In addition, the biosensor can be automated. The saving of time is then very significant.
La possibilité de remplacer aisément une carte par une autre réduit également avantageusement la maintenance du biocapteur. Des cartes prêtes à l'emploi peuvent être facilement fabriquées et commercialisées, indépendamment des moyens de transduction. The possibility of easily replacing one card with another also advantageously reduces the maintenance of the biosensor. Ready-to-use cards can be easily manufactured and marketed, regardless of the means of transduction.
Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté fourni à titre d'exemple illustratif et non limitatif. Of course, the present invention is not limited to the embodiment described and shown provided by way of illustrative and non-limiting example.
En particulier, la partie biologique du biocapteur n'est pas limitée à une membrane de bactéries bioluminescentes fixée sur un support. D'autres bioéléments que des bactéries ou d'autres microorganismes sont envisageables. Par exemple, on peut utiliser des protéines particulières, des enzymes ou des anticorps. In particular, the biological part of the biosensor is not limited to a membrane of bioluminescent bacteria attached to a support. Other bioelements than bacteria or other microorganisms are possible. For example, particular proteins, enzymes or antibodies may be used.
La réponse des bioéléments ne se présente pas nécessairement sous la forme d'un signal lumineux, d'autres rayonnements électromagnétiques étant envisageables. La réponse des bioéléments peut également résulter, par exemple, en une modification du pH du fluide présent dans la chambre de mesure ou de sa teneur en oxygène ou en gaz carbonique. Dans le cas d'une mesure d'oxygène, le support est de préférence une membrane de Téflon perméable à l'oxygène mais imperméable aux bioélements. Les moyens de transduction sont alors adaptés en conséquence. The response of the bioelements is not necessarily in the form of a light signal, other electromagnetic radiation being conceivable. The response of bioelements can also result, for example, in a change in the pH of the fluid present in the measuring chamber or its oxygen content or carbon dioxide. In the case of an oxygen measurement, the support is preferably a Teflon membrane permeable to oxygen but impermeable to bioelements. The transducing means are then adapted accordingly.
Des organes supplémentaires peuvent également être prévus en fonction des bioéléments. Par exemple, une source lumineuse peut être nécessaire pour activer certains bioéléments. De préférence, cette source éclaire les bioéléments par l'intermédiaire du faisceau de fibres optiques et de la vitre. De manière générale, le biocapteur peut comporter des moyens d'émission d'un signal agencés de manière à irradier le support dans la position de service et des moyens de réception de ce rayonnement après interaction avec le support, les bioéléments étant aptes à modifier ladite interaction sous l'effet de l'agent cible à détecter. Additional organs may also be provided depending on the bioelements. For example, a light source may be needed to activate certain bioelements. Preferably, this source illuminates the bioelements via the optical fiber bundle and the glass. In general, the biosensor may comprise means for transmitting a signal arranged so as to irradiate the support in the service position and means for receiving this radiation after interaction with the support, the bioelements being able to modify said interaction under the effect of the target agent to be detected.
Un substrat peut également être introduit dans la chambre de mesure pour permettre la génération d'une réaction sensible des bioéléments à la présence de l'agent cible. A substrate may also be introduced into the measurement chamber to enable the generation of a sensitive reaction of the bioelements to the presence of the target agent.
Les moyens de transduction ne sont pas non plus limités à ceux décrits. Par exemple, le biocapteur pourrait comprendre une photodiode agencée pour recevoir la lumière émise par les bioéléments et capable de transformer directement cette lumière en une information sur sa nature et/ou son intensité, en particulier en un signal électrique. The transduction means are not limited to those described either. For example, the biosensor could comprise a photodiode arranged to receive the light emitted by the bioelements and capable of directly transforming this light into information on its nature and / or its intensity, in particular in an electrical signal.
La carte selon l'invention peut aussi être "multicanal", c'est-à-dire être capable de détecter ou de mesurer plusieurs agents cibles, simultanément ou non. The card according to the invention can also be "multichannel", that is to say be able to detect or measure several target agents, simultaneously or not.
Les formes et les dimensions de la carte, du bloc ou du boîtier ne sontpas limitées. Il en est de même de l'orientation de la partie biologique et des conduites du circuit hydraulique. Les alésages peuvent également être de forme quelconque. The shapes and dimensions of the card, block or housing are not limited. It is the same for the orientation of the biological part and the hydraulic circuit lines. The bores can also be of any shape.
La chambre de mesure et les moyens d'alimentation et d'évacuation de fluide débouchant dans cette chambre pourraient également être localisée à gauche de la vitre, à condition que les fluides à analyser soient suffisamment transparents aux rayonnements émis par les bioéléments pour atteindre le faisceau de fibres optiques. Le fluide circulerait alors entre les bactéries immobilisées sur la face gauche de la vitre et le faisceau de fibres optiques avec lequel il serait en contact. The measurement chamber and the fluid supply and discharge means opening into this chamber could also be located to the left of the window, provided that the fluids to be analyzed are sufficiently transparent to the radiation emitted by the bioelements to reach the beam. of optical fibers. The fluid would then circulate between the immobilized bacteria on the left side of the glass and the optical fiber bundle with which it would be in contact.
Enfin, le biocapteur et la carte selon l'invention peuvent être utilisés pour détecter et/ou mesurer un agent cible, en laboratoire ou sur site, pour analyser tout fluide, liquide ou gazeux. Finally, the biosensor and the card according to the invention can be used to detect and / or measure a target agent, in the laboratory or on site, to analyze any fluid, liquid or gaseous.
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