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Appareil de validation thermique, ensemble d'un dispositif de traitement
thermique d'échantillons biologiques et d'un tel appareil, et procédé de
fabrication d'un tel appareil.
Des dispositifs de traitement thermique d'échantillons biologiques sont
connus dans l'état de la technique. Il s'agit par exemple de thermocycleurs,
aussi
appelés cycleurs thermique ou machines PCR (acronyme anglais pour Réaction
en Chaîne par Polymérase ), ou encore d'incubateurs.
Un thermocycleur est un dispositif de chauffage d'échantillons biologiques
automatisant la réaction de PCR. Le dispositif est habituellement muni d'un
bloc
thermique avec des cavités chauffantes dans lesquelles des puits contenant le
mélange réactionnel de la PCR est destiné à être inséré. Les puits sont
délimités
habituellement par un support en plastique, par exemple un support de type
microplaque .
Afin de valider thermiquement le thermocycleur, par exemple pour contrôler
sa dérive en température, il est connu d'utiliser un appareil de validation
thermique
d'un dispositif de traitement thermique d'échantillons biologiques, du type
comprenant :
- au moins une chemise, chaque chemise délimitant un puits et étant
destinée à être insérée dans une cavité respective du dispositif de traitement
thermique, destinée à chauffer ou refroidir des échantillons biologiques, et
- une sonde de température respective placée dans chaque puits.
Dans l'état de la technique, la chemise entourant la sonde de température
est en métal et séparée de la sonde de température par de l'air.
Un but de l'invention est de fournir un appareil de validation thermique d'un
appareil de traitement thermique d'échantillons biologiques permettant
d'évaluer
de manière fiable la température prise par le mélange réactionnel comprenant
les
échantillons biologiques au cours du traitement thermique.
A cet effet, un objet de l'invention est un appareil de validation thermique
du
type précité, caractérisé en ce que chaque chemise est en matière plastique.
En effet, les inventeurs ont remarqué que, dans l'appareil de l'état de la
technique, la chemise en métal se mettait très rapidement à la température des
cavités chauffantes, de sorte que la température mesurée par la sonde de
température correspond en fait à celle du bloc thermique du dispositif de
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traitement thermique. Or, les inventeurs ont en outre remarqué que, lors d'un
traitement thermique d'échantillons biologiques, la température du mélange
réactionnel diffère sensiblement de la température du bloc réactionnel. Grâce
à
l'invention, la sonde de température se trouve dans des conditions proches de
celles du mélange réactionnel, lui permettant de mesurer la température que
prendrait ce mélange réactionnel, et non la température prise par le bloc
thermique.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention
- chaque chemise est en polypropylène,
- chaque chemise est destinée à résister à des variations répétées de la
température entre 20 C et 100 C, de préférence entre 20 C et 120 C,
- chaque chemise a une épaisseur inférieure à 0.7 mm, de préférence
inférieure à 0.5 mm ;
- l'appareil comprend une matière thermique remplissant chaque puits,
dans laquelle la sonde de température baigne, et la matière thermique a une
réponse en température identique à celle de l'eau à 5% près, au moins pour des
vitesses de chauffage comprises entre 3 C par seconde et 5 C par seconde
- la matière thermique est une graisse thermique ;
- l'appareil comprend une microplaque comprenant une paroi principale, et
une pluralité de chemises en plastique portées par la paroi principale et
délimitant
une pluralité de puits de réception d'échantillons biologiques débouchant sur
une
face supérieure de la paroi principale, une sonde de température respective
étant
placée dans au moins un des puits, et un capot fixé sur la face supérieure de
la
paroi principale et fermant au moins chaque puits dans lequel une sonde de
température est placée ;
- l'appareil comprend une surface externe supérieure, séparée de la paroi
principale d'une distance inférieure à 8 mm, de préférence inférieure à 4 mm.;
L'invention a également pour objet un ensemble d'un dispositif de
traitement thermique d'échantillons biologiques et d'un appareil de validation
thermique de ce dispositif de traitement thermique selon l'invention.
Selon d'autres caractéristiques l'appareil de traitement thermique est un
thermocycleur ;
- l'appareil de traitement thermique est un incubateur.
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L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un appareil
de validation thermique d'un dispositif de traitement thermique destiné au
chauffage ou au refroidissement d'échantillons biologiques contenus dans une
microplaque, caractérisé en ce qu'il comprend l'obtention d'une microplaque
adaptée au dispositif de traitement thermique, et comprenant une paroi
principale,
et une pluralité de chemises en plastique portées par la paroi principale et
délimitant une pluralité de puits de réception d'échantillons biologiques
débouchant sur une face supérieure de la paroi principale, la fixation d'au
moins
une sonde de température sur un capot, la fixation du capot sur la face
supérieure
de la paroi principale afin de placer chaque sonde de température dans un
puits
respectif, et afin de fermer au moins chacun de ces puits.
Selon d'autres caractéristiques : le procédé comprend, avant la fixation du
capot le remplissage de chaque puits destiné à recevoir une sonde de
température avec une matière thermique ayant une réponse en température
identique à celle de l'eau à 5% près, au moins pour des vitesses de chauffage
comprises entre 3 C par seconde et 5 C par seconde ;
- la matière thermique est une graisse thermique.
Ces caractéristiques et avantages de l'invention, ainsi que d'autres,
apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de
réalisation
de l'invention dans le cadre d'un thermocycleur. La description fait référence
aux
dessins annexés, parmi lesquels :
- la figure 1 est une vue tridimensionnelle d'un thermocycleur et d'une
microplaque destinée à être disposée dans le thermocycleur,
- la figure 2 est une vue tridimensionnelle, de dessous, de la microplaque
de la figure 1,
- la figure 3 est une vue tridimensionnelle d'un système de validation
thermique du thermocycleur de la figure 1,
- la figure 4 est une vue tridimensionnelle éclatée du système de validation
thermique de la figure 3,
- la figure 5 est une vue en coupe d'un appareil de validation thermique du
système des figures 3 et 4, et
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- la figure 6 est un graphe montrant l'évolution de la température de l'eau et
de la température d'une graisse thermique en réponse à une consigne de
température.
Un thermocycleur 100 est représenté sur la figure 1. Le thermocycleur 100
comprend un corps 102 délimitant un espace 104 destiné à recevoir une
microplaque 106, et un couvercle 108 attaché au corps 102 et destiné à fermer
l'espace 104 recevant la microplaque 106.
La microplaque 106, qui est par exemple commercialisée par la société Bio-
Rad, forme un support en plastique d'échantillons biologiques. Plus
précisément,
la microplaque 106 comprend une paroi principale 110 rectangulaire comprenant
une face supérieure 112. La microplaque 106 comprend en outre des puits 114 de
réception d'échantillons biologiques.
En référence à la figure 2, chaque puits 114 est délimité par une chemise
116 portée par la paroi principale 110, et de forme adaptée à celle des
cavités
chauffantes 120 qui seront décrites plus loin. Généralement la chemise 116 est
en
forme conique, ou de demi coupelle ou de tube à essai. Le puits 114 correspond
ainsi au volume s'étendant à l'intérieur de la chemise 116.
De retour à la figure 1, les puits 114 débouchent par la face supérieure 112.
Les puits 114 sont disposés en matrice, généralement de 12 par 8 puits, soit
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puits.
L'espace 104 comprend un fond 118 (aussi appelé bloc thermique), opposé
au couvercle 108 en position fermée, dans lequel des cavités chauffantes 120
sont ménagées. Chaque chemise 116 est destinée à être insérée dans une cavité
chauffante 120 respective, afin que la cavité chauffante 120 puisse chauffer
les
échantillons biologiques contenus dans le puits 114 correspondant. Les
chemises
116 ont une forme épousant celle des cavités chauffantes 120 afin d'être au
contact du bloc thermique 118.
Le couvercle 108 comprend une plaque mobile 122, destinée à venir
appuyer contre la face supérieure 112 de la microplaque 106, lorsque cette
dernière est reçue dans l'espace 104 et que le couvercle 108 est fermé.
Un système de validation thermique 300 du thermocycleur 100 est
représenté sur la figure 3.
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Le système de validation 300 comprend un appareil interne de validation
thermique 302, destiné à être introduit dans l'espace 104 du thermocycleur
100, et
un module de traitement externe 304, destiné à rester à l'extérieur du
thermocycleur 100. L'appareil interne 302 et le module externe 304 sont reliés
5 entre eux par une nappe 306 d'échange d'informations, destinée à passer
entre le
couvercle 108 en position fermée et le corps 102 du thermocycleur 100.
En référence à la figure 4, l'appareil interne de validation thermique 302
comprend une microplaque 308, identique à la microplaque 106 de la figure 1.
La
microplaque 308 comprend ainsi une paroi principale 310 munie d'une face
supérieure 312, et des chemises 316 (visibles sur la figure 5) délimitant des
puits
314 débouchant sur la pace supérieure 312.
La microplaque 308, et en particulier les chemises 316, sont en plastique et
ont une épaisseur inférieure à 0,5mm. Dans l'exemple décrit le plastique est
du
polypropylène. De même que pour la microplaque 106, la microplaque 308 est
destinée résister aux variations répétées de température imposées par le bloc
thermique du thermocycleur 100 lors d'une réaction de PCR, en particulier à
des
variations répétées de la température entre 20 C et 100 C, de préférence
entre
C et 120 C.
En outre, la microplaque 308 est destinée à rester inerte aux agents
20 chimiques et biologiques utilisés pour la PCR.
L'appareil interne de validation thermique 302 comprend en outre une
première carte de circuit imprimé 318 formant un capot destiné à être fixé sur
la
face supérieure 312 de la microplaque 308, afin de fermer les puits 314 de
cette
dernière.
L'appareil interne de validation thermique 302 comprend en outre un
couvercle 320 destiné à être fixé sur la microplaque 308 pour recouvrir à la
fois la
première carte de circuit imprimé 318 et la microplaque 308. Le couvercle 320
comprend une face externe supérieure 322, s'étendant au-dessus de la face
supérieure 312 de la microplaque 308, sur laquelle la plaque mobile 122 du
couvercle 108 du thermocycleur 100 est destinée à venir appuyer lorsque le
couvercle 108 est refermé avec l'appareil interne de validation 302 placé dans
l'espace 104.
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De préférence, lorsque l'appareil est fermé, la surface supérieure 312 de la
microplaque 308 et la face externe supérieure 322 du couvercle 320 sont
séparées d'une distance inférieure à 8 mm, de préférence inférieure à 4 mm,
afin
que l'appareil interne de validation thermique 302 n'ait pas une épaisseur
trop
grande par rapport à une microplaque simple (comme celle de la figure 1),
ce
qui risquerait d'empêcher la fermeture du couvercle 108 du thermocycleur 100.
Le module externe 304 comprend un boîtier en deux parties 324 et 326,
ainsi qu'une seconde carte de circuit imprimé 328 enfermée dans le boîtier
324,
326.
Les deux cartes de circuit imprimé 318, 328 sont connectées entre elles par
la nappe 306. De préférence, la nappe 306 s'étend dans la continuité des
couches
conductrices des cartes de circuit imprimé 318, 328, de sorte que la nappe 306
(ou du moins sa partie conductrice) et ces couches conductrices ne forment
qu'une seule pièce. Cette conception permet d'éviter l'utilisation de
connecteurs
et/ou de soudures entre la nappe 306 et les cartes de circuit imprimé 318,
328, qui
risqueraient d'introduire du bruit dans les informations échangées.
Le module externe 304 comprend en outre un connecteur 330 destiné à
permettre de le connecter à un ordinateur, pour y transférer les données
recueillies par l'appareil interne de validation thermique 302.
En référence à la figure 5, l'appareil interne de validation thermique 302 est
placé dans l'espace 104 du thermocycleur 100, et le couvercle 108 de ce
dernier
est refermé. Chaque chemise 316 est alors insérée dans une cavité chauffante
120 respective du thermocycleur 100. On remarquera que chaque chemise 316
épouse la forme de la cavité chauffante 120 correspondante et est ainsi en
contact
avec le bloc thermique 118.
Au moins une partie des puits 314 sont des puits de mesure, destinés à
recueillir des mesures de température. La figure 5 est une vue en coupe d'un
puits
314 de mesure.
Une graisse thermique 332 est placée au fond de chaque puits 314 de
mesure. La graisse thermique 332 a une réponse en température identique à
celle
de l'eau à 5% près (c'est-à-dire que la graisse thermique soumise à une
consigne
de température aura une température à chaque instant égale à 5% près à celle
que prendrait de l'eau soumise à la même consigne), au moins pour les vitesses
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de chauffage utilisées dans le thermocycleur 100, en particulier, pour des
vitesses
de chauffage comprises entre 3 C par seconde et 5 C par seconde. Par exemple,
on a représenté sur la figure 6 la variation de température d'eau Te et la
variation
de la température de la graisse thermique Tg au cours d'une consigne de
température comprenant une montée en température de 25 C à 90 C, un maintien
à 90 C pallier et une descente de 90 C à 30 C (la courbe Tg pour la graisse
thermique est décalée de 10 C vers le bas afin de la distinguer de la courbe
Te
pour l'eau). Comme le montre cette figure, la température de la graisse
thermique
Tg reste toujours à moins de 5% de la température d'eau Te. En particulier, le
long
du palier à 90 C, la température de l'eau se stabilise à 88.7 C, tandis que
celle de
la graisse thermique se stabilise à 89 C, soit moins de 5% de différence.
Grâce à sa viscosité, la graisse thermique 332 reste au fond du puits
thermique 314 et a peu de chance de venir se coller sur la première carte de
circuit imprimée 318, même lorsque le dispositif est à l'envers, ce qui peut
arriver
lors d'un transport.
Une sonde de température 334 est placée dans chaque puits 314 de
mesure, et baigne dans la graisse thermique 332. Plus précisément, chaque
sonde de température 334 est fixée à la première carte de circuit imprimée
318.
Afin de fournir la valeur de la température mesurée à la première carte de
circuit
imprimé 318, chaque fil électrique 336 de chaque sonde est soudé directement à
celle-ci.
La graisse thermique a pour but de simuler le liquide aqueux présent dans
le mélange réactionnel d'une PCR. Ainsi, la sonde se trouve dans des
conditions
encore plus proches des conditions réelles.
D'après ce qui précède, la sonde de température 334 n'est séparée du bloc
thermique que par l'épaisseur de la chemise en plastique et par une épaisseur
de
graisse thermique.
Pour fabriquer l'appareil interne de validation thermique 302, les étapes
suivantes sont réalisées.
II est obtenu une microplaque 308, qui est une micro-plaque adaptée au
dispositif de chauffage 100, c'est-à-dire adaptée pour être utilisée dans le
cadre
d'une PCR avec le thermocycleur 100.
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Au moins une sonde de température 334 est fixée sur une carte de circuits
imprimée 318 destinée à former un capot.
Chaque puits 314 destiné à recevoir une sonde de température 334 est
rempli avec la graisse thermique 332.
Le capot 318 est fixé sur la face supérieure 312 de la paroi principale afin
de placer chaque sonde de température 334 dans un puits respectif 314 rempli
de
graisse thermique 332, et afin de fermer au moins chacun de ces puits 314.
Bien que le mode de réalisation décrit précédemment concerne un
thermocycleur, l'invention n'est pas limitée à ce type de dispositif de
traitement
thermique d'échantillons biologiques. L'invention pourrait en particulier
également
s'appliquer aux incubateurs d'échantillons biologiques.
