WO1998041874A1 - Dispositif et procede d'analyse automatique d'echantillons sur gels - Google Patents

Dispositif et procede d'analyse automatique d'echantillons sur gels Download PDF

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WO1998041874A1
WO1998041874A1 PCT/FR1998/000455 FR9800455W WO9841874A1 WO 1998041874 A1 WO1998041874 A1 WO 1998041874A1 FR 9800455 W FR9800455 W FR 9800455W WO 9841874 A1 WO9841874 A1 WO 9841874A1
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gel
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PCT/FR1998/000455
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Frédéric Ginot
Gabor Gyapay
Cyrille Petat
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Genethon II
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Genethon II
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Publication date
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    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
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    • G—PHYSICS
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    • G01N35/0099—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor comprising robots or similar manipulators

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of devices and methods for making automatic the analysis of samples, of biological or chemical type, intended to be handled, prepared and then implanted in or on an analysis solution or gel, in view of their analysis and / or further processing.
  • the present invention relates to an automatic analysis device for samples, of biological or chemical type, intended to be handled, prepared and then implanted in or on analysis solutions or gels for their analysis or subsequent treatment, said device comprising a main chassis and a work surface that permanently integrates:
  • At least one feeding station intended to receive at least one micro-plate provided with a series of cells each containing a volume of samples to be prepared
  • an automaton or robot manipulator that can be moved from the supply station to the supply station under the control of a central autopilot unit to ensure, using a handling tool, the simultaneous withdrawal of a volume unit samples in several cells, then transfer and deposit in one go each of said unit volumes at a predetermined location on the analysis solution or gel.
  • the present invention relates to a method for automatic analysis of samples, of biological or chemical type, intended to be handled, prepared and then implanted in or on analysis solutions or gels for their subsequent analysis, said method comprising the steps consisting on the one hand in ensuring the taking of a series of samples by a robot manipulator or an automatic machine from a series of microplates, and on the other hand, in transferring, then depositing by the automatic machine, said samples taken from or on the surface of a support covered with an analysis solution or gel.
  • the present invention also relates to a device and a method for viewing the result of any treatments carried out on the samples after their implantation on or in the analysis solutions or gels, as well as a device and method for verifying the identification and the origin of the samples and of the gels or analysis substances used during the various phases of treatment and implantation of the samples.
  • the plate covered with a layer of agarose gel underwent, during a molding operation, a mechanical preparation of its surface in order to obtain by molding a series of wells into which the DNA samples will be deposited.
  • the agarose gel plates are consequently deposited one by one manually by an operator on a work station, the operator also having to deposit near this work station a micro-plate provided with a series of cells containing each a volume of samples to be taken.
  • the machine used to ensure the sample collection includes a two-axis manipulator robot allowing it to first take using a pipetting tool, a volume of all the samples from the microplate , then in a second step, come and deposit the samples taken in the wells formed in the agarose gel.
  • this technique only partially automates a series of common and complex operations involved in research, manipulation and analysis techniques used in the medical field.
  • this known technique does not allow complete control of the implantation phase of the samples in or on the analysis gels.
  • This phase is essential for the analysis and further processing of the samples, particularly when the samples are intended to be subjected to electrophoresis treatment.
  • the known technique requires repeated manual interventions on the part of the operator to manually place the microplates on the one hand and the gel plates on the other hand.
  • the object of the present invention therefore aims to remedy the various drawbacks listed above, and to propose a new device and method for automatic analysis of samples intended to be handled, prepared and then implanted in or on analysis gels with a view to their subsequent analysis or processing which is capable of ensuring as complete automation as possible of the different sample preparation operations while improving control of implantation and the reliability of any subsequent treatments.
  • Another object of the invention is to provide a new device for automatic analysis of samples capable of processing and analyzing a very large quantity of samples per day while minimizing manual intervention by operators.
  • Another object of the invention is to propose a new device and method for automatic analysis of samples making it possible to make automatic most of the chain of steps involved in the handling and preparation of samples, in particular fragments of DNA intended to be implanted in an agarose gel to be subsequently subjected to an electrophoresis.
  • Another object of the invention is to propose a new device and method for automatic analysis of samples, minimizing the potential risks of contamination of the samples.
  • Another object of the invention is to provide a new device and method for automatic analysis of samples capable of being adapted to various techniques for the preparation and analysis of samples of biological and / or chemical nature while retaining a advanced automation.
  • a complementary object of the invention aims to provide a new electrophoresis station capable of being integrated into various devices.
  • a complementary object of the invention aims to provide an automatic washing station for a sample collection tool, said station being capable of being integrated into an automatic sample analysis device.
  • Another object of the invention aims to provide a new station for viewing the result of the treatments carried out on biological or chemical samples, said station also being able to perform the various analysis and verification steps of the treatment results in an automated manner.
  • Another object of the invention is to provide a new method for verifying and tracing the origin of the samples after treatment, said method being capable of being integrated into an automatic analysis device for samples.
  • an automatic analysis device of samples, of biological or chemical type, intended to be handled, prepared, then implanted in or on analysis gels with a view to from their analysis said device comprising a main chassis and a work surface which permanently integrate:
  • At least one supply station intended to receive at least one microplate provided with a series of cells each containing a volume of sample to be prepared, - at least one supply station intended to receive at least one plate covered with 'an analysis gel,
  • a manipulator robot that can be moved from the supply station to the supply station under the control of a central autopilot unit to ensure, using a handling tool, the simultaneous removal of a unit volume d sample in all the cells then to transfer and deposit in one go each of said unit volumes at a pre-established location on the analysis gel
  • the manipulator robot includes a manipulation tool with interchangeable head to ensure continuously during of the same movement cycle and successively by tool change, the mechanical preparation of the gel surface by shaping localized reception areas using a shaping tool and then taking all the unit volumes of the samples from the microplates using a sampling tool and finally the depositing of said unit volumes in said localized reception areas using the sampling tool.
  • an automatic analysis method of samples, of biological or chemical type, to be implanted in or on analysis gels with a view to their subsequent analysis comprising the following steps: a) the collection of a series of samples is carried out by an automatic machine, from a series of micro-plates, b) and the said samples taken are transferred and then deposited by the automatic machine, on or in the surface of a support covered with an analysis gel, characterized in that it consists, before step a), of having, by the same automaton, a step c), comprising the mechanical preparation of the surface of the analysis gel.
  • FIG. 1 shows in a perspective view, an embodiment of a device for handling and automatic preparation of samples according to the invention.
  • - Figure 2 shows in a top view a detail of the working surface of the device for handling and automatic preparation of samples according to the invention.
  • FIG. 3 shows in a cross-sectional view, a detail of embodiment of a micro-plate used in accordance with the invention.
  • - Figure 4 shows in a longitudinal cross sectional view, a detail of embodiment of a shaping tool according to the invention.
  • FIG. 5 shows, in a longitudinal cross section, a detail of the embodiment of a punch fitted to the shaping tool shown in FIG. 4.
  • FIG. 6 shows in a longitudinal cross section, the internal structure of an electrophoresis station according to the invention.
  • FIG. 7 shows in a longitudinal cross section, the internal structure of a sample collection tool according to the invention.
  • FIG. 8 shows in a top view, an embodiment of a gripping tool according to the invention.
  • FIG. 9 shows, in a cross section, the internal structure of a washing station according to the invention.
  • FIG. 10 shows a detail of an receiving cone fitted to the washing station shown in Figure 9.
  • FIG 11 shows in a perspective view a storage station for analysis gel plates.
  • FIG. 12 shows in a perspective view a support plate of micro-plates.
  • FIG. 13 shows in a perspective view the step of mechanical preparation of the surface of the analysis gel.
  • FIG. 14 shows in a perspective view, the operation of depositing the samples on an analysis gel plate.
  • - Figure 15 shows a detail of the implementation of the electrodes on a gel plate in the electrophoresis station.
  • - Figure 16 shows in a side view, an exemplary embodiment of a station for analyzing the results of sample processing according to the invention.
  • - Figure 17 shows in a side view corresponding to a rotation at 90 ° relative to the view of Figure 16, an embodiment of an analysis station according to the invention.
  • the device for handling and automatic preparation of biological type samples is, as shown in FIG. 1, in the form of a machine comprising a main frame 1 resting on the ground by means of feet (not shown in the figures) and having, in its lower part, an external fairing 2 surmounted by a substantially horizontal working surface 3.
  • the entire machine is supported by the main chassis 1, for example metallic, which has the robustness characteristics necessary for its frequency and its duration of use.
  • the fairing 2 internally comprises all the elements or groups of elements necessary for the proper functioning of the machine in general, namely for example, a cold production group, vacuum pumps, various liquid or fluid reservoirs as well as all the necessary electronic and electrical connections and equipment.
  • the machine can be provided with a protective cabin (not shown in the figures) and with an air conditioning device making it possible to isolate from the outside the working surface 3 and all of the equipment which s are there.
  • the working surface 3 supports and permanently integrates at least one and preferably four supply stations 10 intended to receive at least one, and preferably several micro- plates 1 1 provided with a series of cells 12 (FIG. 3) intended to each contain a volume of samples 13 to be prepared, as well as at least one and preferably two supply stations 50 intended to receive at least one and preferably a plurality of plates 21 ( Figures 13 to 14) covered with an analysis gel 22, preferably agarose.
  • the work surface 3 also supports and integrates permanently a robot manipulator 30 movable from the supply station 10 to the supply station 50 under the control of a central autopilot unit (not shown in the figures) to ensure that the using a manipulation tool, the simultaneous removal of a unit volume of samples 13 in all of the cells 12, then transfer and deposit in one go, each of said unit volumes at a predetermined location on the analysis gel 22.
  • a robot manipulator 30 movable from the supply station 10 to the supply station 50 under the control of a central autopilot unit (not shown in the figures) to ensure that the using a manipulation tool, the simultaneous removal of a unit volume of samples 13 in all of the cells 12, then transfer and deposit in one go, each of said unit volumes at a predetermined location on the analysis gel 22.
  • the working surface 3 also supports at least one and preferably two electrophoresis blocks 60 aligned with the two supply stations 50, but arranged between the latter.
  • the four supply stations 10 are arranged opposite the supply stations 50 and placed symmetrically with respect to a substantially central axis of the work surface 3 so as to define a substantially central location on the work surface 3 to constitute at least one supply station 50.
  • the latter is intended to receive at least one plate 21 covered with an analysis gel 22 and serves as a table for laying and handling said plates 21.
  • the plates 21 are for example made of glass or of a material having a certain flexibility, for example flexible sheets of MILLARD.
  • the plates 21 are covered with a gel or an analysis support, and for example with an agarose gel with a thickness of the order of 1.5 mm for example.
  • the plates 21 which are in the form of a rectangular parallelepiped of format 260 mm ⁇ 244 mm are stored in the storage station 20 formed by a shelf 25 (FIG. 11) in which the plates 21 are superimposed.
  • the plates 21 are therefore stored and inserted into each shelf 25, in the manner of a drawer, each shelf being moreover fixed to the working surface 3 by any suitable means, and for example by a system of slides.
  • All of the plates 21 and the shelves 25 are also locked in the working position by means of the locking system, for example using electromagnets, a series of active proximity sensors also checking for correct installation and locking.
  • the working surface 3 comprises two shelves 25 each containing 8 locations necessary for the storage of eight plates 21.
  • the shelves 25 are therefore easily interchangeable, stackable, and quickly set up. place or removed from the work surface 3 while maintaining a perfectly repetitive spatial position.
  • the microplates 11 are produced, in a known manner, based on a plastic material such as polycarbonate and comprise a plurality of cells 12, 96, 192 or 384 depending on the type of micro-plates 11. Each cell has a volume of the order of 15 to 50 micro-liters intended to receive, according to the preferred example of the invention, a series of DNA samples, of a variable volume depending on the plates 11 used, the preferred volume the sample taken being of the order of 5 ⁇ l, said volume being deposited using a pipette and covered with a thin film of oil 16.
  • micro-plates 11 containing the DNA fragments are deposited on the working surface 3 in slide-out drawers, each drawer supporting a plate 17, for example made of aluminum on which eight micro-plates 11 are deposited for example.
  • Each micro-plate 1 1 rests on a plate 18, for example made of PVC, provided with wedging and keying members 19 intended to cooperate with paired members integral with the underside of the micro-plates 11 to ensure their attachment to the plates 18 in a preset position.
  • the wedging and polarizing members 19 comprise a series of studs 19 integral with the plate 18 forming at their upper part a retaining cone around which is placed an O-ring 19a intended to come to get stuck in a series of recesses in the bottom surface of the microplates 11.
  • the plate 17 also includes a series of keying pins 19b making it possible to avoid the movement of the plate 17 during the movement of the slide drawer.
  • the device according to the invention consequently comprises at least one and preferably four supply stations 10 which each comprise a plate 17 on which the plurality of micro-plates are arranged 11.
  • the supply station 50 constitutes the table preparation on which the robot manipulator 30 is primarily intended to work in order to carry out the operation of depositing the samples 13 in or on the plates 21 covered with analysis gel 22.
  • the supply station 50 consists of a plate, preferably metallic and for example of aluminum alloy provided with means allowing the plates 21 to be held in place, and for example a suction means.
  • the aluminum plate is provided with four vacuum suction cups allowing the plates 21 to be maintained throughout the preparation of the samples.
  • a vacuum switch can be placed in parallel on the vacuum circuit which will supply the suction cups, in order to detect a possible defect in the absence of a glass plate or a leak in the vacuum circuit.
  • the aluminum alloy plate can also be advantageously mounted with the possibility of displacement, preferably by rotation, relative to the working surface 3 using an actuator.
  • the plates 21 of analysis gel being intended to be subjected to an electrophoresis operation, the possibility of driving in rotation, using an actuator, for example pneumatic, on an angular movement of 180 ° makes it possible to '' reverse the position of the plates 21 and subsequently also to reverse the polarity of the electrodes in the electrophoresis blocks 20. This particularity then makes it possible to respect the directions of migration of the DNA fragments.
  • the actuator (not shown in the figures) can advantageously be of the double piston and rack type, the two positions of the aluminum plate being controlled by inductive proximity sensors
  • the manipulator robot 30 is mounted movable above the working surface 3 along three working axes X, Y, Z, corresponding to the three directions of space, each axis being associated respectively with three arms 51 , 52.53.
  • the robotic manipulator 30 is of the “pick and place” type and the three axes of movement are slaved in position, without return of proprioceptive force or additional exteroceptive information.
  • the vertical movement axis Z will advantageously be provided with an electro-brake in order to avoid any fall by gravity in the event of a power failure.
  • the manipulator robot 30 is capable of moving towards localized areas of the work surface 3 where various work heads are previously deposited in order to use them during its work cycle in order to accomplish the various tasks assigned to it such as picking up and removing work heads which are different handling tools.
  • the robot manipulator 30 which can successively use several types of tools is provided at the end of its vertical arm 53 with a tool changer 55 equipped with an interchangeable head. Due to the weight and size of the tools required by the manipulator robot 30, the solution for depositing the tools on the working surface 3 has been adopted, preferably in systems with interchangeable heads in which the different tools are fixed on the arm. 52. In a manner known per se, the robot manipulator 30 as well as the tool changer 55 are provided with all the electromechanical and pneumatic equipment necessary for their operation.
  • the device comprises at least three different working heads, namely a shaping tool 70, formed by a punching tool, a gripping tool 71 of the plates 21, and a sampling tool 73 samples 13.
  • the shaping tool 70 is intended to ensure the mechanical preparation of the surface of the analysis gels 22 by shaping localized areas for receiving the samples 13.
  • the shaping tool 70 will be formed by a punching tool ( Figures 4 and 5) whose object is to cut and then aspirate a fragment of agarose gel in order to create wells 75 (figure 13).
  • the punching tool is formed by a set of forming punches 76 aligned and fixed on a common support (not shown in the figures) and for example a stainless steel bar.
  • the punching tool 70 will comprise a set of twelve punches aligned in a pitch of 9 mm.
  • Each punch 76 is embedded in a housing 77, the bottom of which is fitted with an O-ring 78 which is sufficiently elastic to allow the desired compliance during the punching operation requiring repeated mechanical shock. This possibility of longitudinal displacement also makes it possible to make up for any differences in thickness between the plates 21.
  • Each punch 76 is made of stainless steel and is provided with a hollow end piece 79, preferably of rectangular section, machined by electroerosion.
  • a hollow end piece 79 preferably of rectangular section, machined by electroerosion.
  • the punches 76 being formed from hollow punches for cutting and then aspirating the fragment of agarose gel, it is necessary to provide a device avoiding progressive fouling of the punch by the deposit of gel at their end.
  • the punches 76 are fixed on a part 81 forming a trap and internally delimiting an internal chamber 82 for trapping the gel fragments.
  • the internal chamber 82 is connected on the one hand to the internal volume of the punches 76 and of their end piece 79, and on the other hand, by a pipe 83, to a common vacuum pump (not shown in the figures).
  • the mini parallelepipeds of punched gels are sucked by the vacuum pump and collected in the internal chamber 82 common to all the punches 76.
  • the gripping tool 71 is intended to select, grasp, and then deposit, using substantially horizontal displacements, each plate 21 individually from the storage stations 20 to deposit them at the supply station 50 for the shaping of the surface of the analysis gel 22.
  • the gripping tool 71 is also intended to replace the plates 21 in the electrophoresis stations 60 and then to extract them again from these same stations to replace them in the shelves 25 of the storage station 20.
  • the gripping tool 71 (FIG. 8) is formed by two U-shaped fingers, 81, 82, with adjustable spacing, preferably by translation and intended to support the plates 21.
  • the spacing of the fingers 81, 82 is adjustable, preferably by translation, using ball pads controlled by a pneumatic cylinder
  • the adjustable spacing of the fingers 81, 82 allows their retraction and also allows the gripping tool 71 to disengage from the plates 21 to release them.
  • each tooth 81, 82 intended to support the plates 21 is provided with a longitudinal slot 84 into which a vacuum suction system is inserted ensuring good maintenance of the plates 21.
  • the sampling tool 73 for the samples 13 shown in FIG. 7 is formed by a set of pipettes 91 with adjustable volume comprising hollow needles with position also adjustable.
  • the sampling tool 73 will comprise twelve pipettes with adjustable volume.
  • the position of the hollow needles is advantageously achieved by a pressure screw.
  • contamination of the fluid during pipetting is avoided by using the bubble insulation technique.
  • the pipettes 91 are connected, preferably by a two-way valve 92, to a washing unit on the one hand, and to a suction-pressure syringe on the other hand.
  • washing station 100 (FIGS. 9 and 10) intended to ensure the cleaning of the removal tool 73 after each deposit of the fragments of DNA on the analysis gel 22.
  • the washing station 100 it is planned to have the washing station 100 near the supply station 50 so that the robot manipulator 30 can get there quickly automatically during its work cycle after each collection and deposit of samples 13.
  • the washing station 100 consists of a block
  • each conduit 103 opens into a conduit 104 for collecting the washing fluid, said conduit connecting the whole of the block to a member for suction and discharge of the fluid arranged for example in the lower part of the machine.
  • Figure 10 shows a detail of the realization of a reception cone
  • the device according to the invention also comprises at least one, and preferably two electrophoresis stations 60, arranged on the working surface 3 towards which the robot manipulator 30 is capable of moving automatically during its working cycle after each cycle of depositing unit volumes of samples 13 in wells 75 in order to place therein each plate of analysis gel thus prepared.
  • each electrophoresis station 60 is formed by a housing 61 (FIG. 6) capable of being opened on its front face and internally comprising a series of soles 62 thermostated and superimposed.
  • the sole 62 therefore define between them a series of niches 63, and for example eight niches 63 in which the plates 21 containing the samples 13 are intended to be inserted by the robot manipulator 30.
  • the plates 21 are held in place by the soles 62 which internally comprise a serpentine cooling circuit connected to a cold group in order to evacuate the calories produced by the passage of current during electrophoresis.
  • the soles 62 which internally comprise a serpentine cooling circuit connected to a cold group in order to evacuate the calories produced by the passage of current during electrophoresis.
  • On the internal lateral edges of the housing 61 there is fixed a series of racks 66 provided with sponge electrodes 65 (FIGS. 6 and 15) whose position is variable and controlled by a position control system between at least one position of contact with the surface of the analysis gel 22 and at least one position out of contact.
  • Each niche 63 therefore comprises a pair of electrodes 65 individually electrically connected to a source of electrical power, the control system comprising an actuating member 67, preferably a pneumatic cylinder acting on a plate 68 supporting the sole 62 located at the lowest level of the housing 61.
  • the actuating member 67 acts on and controls the vertical movement of the set of racks 66 making it possible to move the electrodes 65 up and down.
  • the electrodes 65 are formed by sponges soaked in a buffer solution of the same composition as the analysis gel 22, the electrical contact between the supply copper wire and the sponge 65 being effected using a titanium plate covered with platinum to reduce or avoid oxidation.
  • the robot manipulator 30 therefore comprises a manipulation tool whose head is interchangeable in order to ensure continuously during the same movement cycle and successively by tool change 70, 71, 72 the mechanical preparation from the surface of the gel 22 by shaping localized areas 75 of reception using a shaping tool 70, then taking all the unit volumes of the samples 13 from the microplates 1 1 using a sampling 73, the manipulator robot 30 finally ensuring the deposit of unit volumes in said localized areas 75 for receiving samples 13 using the sampling tool 73.
  • the robot manipulator 30 is therefore able to carry out itself the essential operations of preparing the samples 13 at the same supply station 50 while using a reduced number of handling tools, the multiplicity of supply stations 10, storage 20 and electrophoresis stations ensuring its continuous operation and the absence of dead spots in its cycle.
  • the manipulator robot 30 is capable of using the gripping tool 71 to select, grasp, then deposit a plate 21 at the supply station 50 for its surface shaping.
  • Figures 16 and 17 show a viewing station 1 10 of the result of the processing of samples 13 subjected to electrophoresis, said station 1 10 being intended to be associated with the device for automatic analysis of samples 13.
  • the viewing station 110 is separated from the automatic sample analysis device 13 and is autonomous.
  • the station 1 10 has its own chassis 1 1 1 comprising a working platform 1 12 intended to receive: - shelves 1 13 forming a second supply station 1 13a in which the plates 21 of analysis gel 22 having undergone l electrophoresis are stacked,
  • a light-tight image-taking station 114 in which a visual recording means 115 is fixed, for example a camera, -
  • a second manipulator robot 1 16 equipped with a second gripping tool 70 said robot being able to move between the supply station 1 13a to grab a plate 21 and the image taking station 1 14 to depositing said plate 21, said robot also being able to place plate 21 in shelves 1 13 after taking images.
  • the shelves 113 correspond to the shelves 25 which have been transported from the analysis station after the electrophoresis treatment.
  • the station 110 is equipped with a viewing station 117, provided for example with a screen allowing the operator to view the result of the picture taken by the visual recording means.
  • the manipulator robot 1 16 is a robot with two axes of movement, one to enter the shelves of the supply station 1 13, the other to increment the different heights of the shelves 1 13 and attach the plates 21 to the image taking station 1 14.
  • the manipulator robot 1 16 comprises a gripping tool 70 identical to that shown in FIG. 8 but comprising two fingers 81, 82 in U in fixed position.
  • the image taking station 1 14 is equipped with a laying plane 120 comprising for example a series of metal support bars, and with a UV lighting system arranged above the laying plane 120, preferably laterally .
  • the lighting system will for example be composed of two UV lighting units 121, 122 arranged so as to intersect their light flux.
  • the plates 21 are therefore analyzed and viewed by fluorescence.
  • the visual means for taking images 1 15 is advantageously constituted by a high sensitivity camera, such as a CCD camera (photo sensys 1400) located at a level higher than the lighting system 121, 122 and above the plane 120.
  • the entire sample analysis device including the analysis station 110 is controlled and controlled by a central automatic pilot unit including an architecture of electronic controls articulated for example from IBM PC compatible computers. To keep the possibility of converting and upgrading the installation, the control of all two machines is dependent on several IBM PC compatible computers including:
  • Elec C electrophoresis control computer which is the slave of the C Sup. Control computer
  • the computers can be connected to an external computer network or server with a view to acquiring standard experience files and communicating the various information items between them.
  • the invention also relates to a method for automatic analysis of samples, of biological or chemical type, to be implanted in or on analysis gels with a view to their subsequent analysis, preferably after treatment by electrophoresis.
  • the method of automatic analysis of samples is more particularly, but not exclusively intended for preparing samples from DNA fragments intended to be implanted in wells 75 formed on an agarose gel.
  • the method of the invention comprises the following main stages in which: a) the collection of a series of samples is carried out using an automaton or a manipulator robot from a series of microplates 21,
  • step a in having the same automaton or manipulator robot carry out a step c) comprising the mechanical preparation of the surface of the analysis gel 22.
  • the mechanical preparation of the surface of the analysis gel will consist in producing a series of wells 75 directly on the working surface 3 by the automated system.
  • the method also consists of using the same automaton or robot manipulator 30 to cause the same automaton to carry out the following work cycle:
  • the manipulator robot is able to move under the control of the computer C Sup at the appropriate places on the work surface 3 on which the various manipulation tools 70, 71, 73 are placed to deposit the tool. unnecessary and take the tool necessary for the subsequent operation of its work cycle.
  • the method according to the invention then consists in transporting the plates 21 with the analysis gels 22, preferably after treatment, to a viewing station 110 of the treatment result, in this case preferably an electrophoresis treatment. .
  • This step therefore consists in transporting the shelves 25, 113 containing the analysis gels to the viewing station 110 and in depositing at least one shelf 113 on the work station 120.
  • the method then consists, at the display station 110, and using a second automaton or robot manipulator 116, in successively and individually extracting each plate 21 from the shelves 113, and transporting said plates individually and then depositing them at an image taking station 1 14,
  • the method then consists in replacing the plate 21 in the shelf
  • the method also includes a step of verifying the identification of the origin of the plates 21 and of the analysis gels 22 in relation to the samples 13 deposited, said origin being identifiable on each photograph by identification of a code.
  • the verification step consists, after having previously, on the one hand recorded for example using a camera placed at the end of the manipulator robot 30 of the analysis device, a pair of identification images comprising an identification of the marking of each microplate 21 when the samples are taken 13, with an identification of the marking of the analysis gels after depositing the samples, and on the other hand, stored in a file for example by concatenation, the couple d '' images thus obtained:
  • the reliability of the final analysis image can be called into question by errors of identification of the samples due for example to the inversion or the substitution of plates 21 during the supplies.
  • micro-plates which can be the source of handling errors on the analysis machine
  • glass plates 21 which can be incriminated during the analysis phase.
  • the principle of marking retained consists in associating with this handwritten marking a second marking labeled on the plates 21 by using a binary coding known as bits (1024 plates).
  • This code can be analyzed using a CCD camera attached to the end of the manipulator robot 30, identification shots of the writing and the associated code then being taken during the pipetting operation.
  • Taking photos will consist of taking a first photo when DNA samples 13 are taken, then a second photo when depositing the DNA fragments on the analysis gels 22.
  • Each pair of images is then for example concatenated in a file whose name is the decoded number of the label, the file being transferred to the computer Cim.
  • the display machine decodes the label of the plate 21 during processing.
  • the method then consists in launching a search for the source file containing the pairs of images initially recorded and then inserting the content thus found, for example on the display screen 17.
  • the operator can then compare during the final image, both the image of the migration of DNA fragments as well as his own code supplemented by the image of the initial handwritten identification and the code which was also his initially associated. When the two codes are identical, there is then reason to conclude that there was no handling error.
  • the communication of the images and their trace is done using a connection between the C Sup and Cim computers by a network installation.
  • the complete cycle of the preparation of a plate of DNA samples corresponding to the work cycle of the robot manipulator 30 therefore consists for said robot, after having ensured, thanks to a series of sensors, that the plates 21 provided with analysis gels 22 are actually present in the appropriate storage station 20, and that the microplates 1 1 are also effectively present in the storage station 10, to fetch a plate 21 from the shelf 25 using the appropriate gripping tool, then place it on post 50.
  • the robot manipulator 30 can then deposit the gripping tool on the working surface 3 and replace it with the shaping tool with which it will form the wells 75 on the plate 21.
  • the manipulator robot will then release the punching tool to replace it with the sampling tool in order to aspirate the DNA samples simultaneously in the microplates 11 then finally deposit the samples 13 in the wells 75 formed previously.
  • the robotic manipulator will wash the pipettes at the washing station between each pipetting cycle.
  • the robot manipulator 30 will then take up the gripping tool to move the preparation, namely the plate 21 now containing the samples, in one of the electrophoresis blocks 60.
  • the preparation will remain subjected in the electrophoresis block electric field for example for about 20 minutes.
  • the robot takes up the plate with the gripping tool and will store it in the shelf in its original location.
  • the plates 21 serving to support the gels or analysis solutions are made of standard black glass. An appreciable gain in contrast is thus obtained during revelation of the migration of the DNA fragments, by fluorescence at the end of the electrophoresis.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif d'analyse automatique d'échantillons, de type biologique ou chimique, destinés à être manipulés, préparés puis implantés dans ou sur des solutions ou gels d'analyse en vue de leur analyse. Ce dispositif comporte un châssis principal (1) et une surface de travail (3) qui intègrent à demeure au moins un poste d'alimentation (10) destiné à recevoir au moins une micro-plaque (11) pourvue d'une série d'alvéoles; au moins un poste d'approvisionnement (50) destiné à recevoir au moins une plaque (11) recouverte d'un gel d'analyse; un robot manipulateur (30) déplaçable du poste d'alimentation (10) vers le poste d'approvisionnement (50) sous la commande d'une unité centrale de pilotage automatique pour assurer, à l'aide d'un outil de manipulation, le prélèvement simultané d'un volume unitaire d'échantillon (13) dans plusieurs alvéoles de la plaque (11) puis transférer et déposer en une seule fois chacun desdits volumes unitaires à un endroit préétabli sur le gel d'analyse, à l'aide d'un outil de manipulation à tête interchangeable.

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE D'ANALYSE AUTOMATIQUE D'ECHANTILLONS SUR GELS
La présente invention se rapporte au domaine technique des dispositifs et procédés permettant de rendre automatique l'analyse d'échantillons, de type biologique ou chimique, destinés à être manipulés, préparés puis implantés dans ou sur une solution ou un gel d'analyse, en vue de leur analyse et/ou traitement ultérieur.
La présente invention concerne un dispositif d'analyse automatique d'échantillons, de type biologique ou chimique, destinés à être manipulés, préparés puis implantés dans ou sur des solutions ou gels d'analyse en vue de leur analyse ou traitement ultérieur, ledit dispositif comportant un châssis principal et une surface de travail qui intègre à demeure :
- au moins un poste d'alimentation destiné a recevoir au moins une micro-plaque pourvue d'une série d'alvéoles contenant chacun un volume d'échantillons à préparer,
- au moins un poste d'approvisionnement destiné à recevoir au moins une plaque recouverte d'une solution ou d'un gel d'analyse,
- un automate ou robot manipulateur déplaçable du poste d'alimentation vers le poste d'approvisionnement sous la commande d'une unité centrale de pilotage automatique pour assurer, à l'aide d'un outil de manipulation, le prélèvement simultané d'un volume unitaire d'échantillons dans plusieurs alvéoles, puis à transférer et déposer en une seule fois chacun desdits volumes unitaires à un endroit préétabli sur la solution ou le gel d'analyse.
La présente invention concerne un procédé d'analyse automatique d'échantillons, de type biologique ou chimique, destinés à être manipulés, préparés puis implantés dans ou sur des solutions ou gels d'analyse en vue de leur analyse ultérieure, ledit procédé comprenant les étapes consistant d'une part à assurer le prélèvement d'une série d'échantillons par un robot manipulateur ou un automate à partir d'une série de microplaques, et d'autre part, à transférer, puis déposer par l'automate, lesdits échantillons prélevés dans ou sur la surface d'un support recouvert d'une solution ou d'un gel d'analyse.
La présente invention concerne également un dispositif et un procédé de visualisation du résultat des traitements éventuels effectués sur les échantillons après leur implantation sur ou dans les solutions ou gels d'analyse, ainsi qu'un dispositif et procédé de vérification de l'identification et de l'origine des échantillons et des gels ou substances d'analyse mise en oeuvre au cours des diverses phases de traitement et d'implantation des échantillons.
Il est déjà connu dans le domaine de la recherche médicale, ainsi que dans divers domaines industriels d'avoir recours à des automates ou robots manipulateurs permettant l'automatisation de certaines étapes de manipulation, préparation, et implantation d'échantillons à caractère biologique et/ou chimique dans ou sur des solutions ou gels d'analyse.
Ainsi, dans une application spécifique à la manipulation et à l'implantation d'échantillons d'ADN dans des gels d'agarose, il est connu d'avoir recours à un robot manipulateur à deux axes de déplacement. Dans cette application, et préalablement à l'implantation des échantillons d'ADN sur le gel d'agarose, la plaque recouverte d'une couche de gel d'agarose a subi, au cours d'une opération de moulage, une préparation mécanique de sa surface en vue d'obtenir par moulage une série de puits dans lesquels les échantillons d'ADN seront déposés. Les plaques de gel d'agarose sont en conséquence déposées une à une manuellement par un opérateur sur un poste de travail, l'opérateur devant également déposer à proximité de ce poste de travail une micro-plaque pourvue d'une série d'alvéoles contenant chacun un volume d'échantillons à prélever. Selon cette technique connue, la machine utilisée pour assurer le prélèvement des échantillons comprend un robot manipulateur à deux axes lui permettant dans un premier temps de prélever à l'aide d'un outil de pipetage, un volume de la totalité des échantillons de la micro-plaque, puis dans un second temps, à venir déposer les échantillons prélevés dans les puits formés dans le gel d'agarose.
L'opérateur doit ensuite retirer manuellement la micro-plaque et la plaque d'agarose, les ranger, puis redéposer une nouvelle plaque de gel d'agarose et une nouvelle micro-plaque, et ainsi de suite. Les plaques de gel d'agarose dans lesquels les échantillons ont été déposés sont ensuite acheminées, manuellement, vers un bloc d'électrophorèse pour y subir un traitement ultérieur.Cette technique connue représente une amélioration certaine de la vitesse de traitement de diverses opérations de laboratoires et améliore la vitesse de traitement des échantillons. Néanmoins, une telle technique souffre de divers inconvénients :
En premier lieu, cette technique ne permet d'automatiser que partiellement une série d'opérations courantes et complexes impliquées par les techniques de recherche, de manipulation et d'analyse intervenant dans le domaine médical.
Ainsi une telle technique n'est pas envisageable dans le cadre du traitement et de l'analyse quotidienne d'une grande quantité d'échantillons pouvant aller par exemple jusqu'à trente mille (30 000) échantillons par jour, un tel travail pouvant s'étendre sur plusieurs années. Les interventions manuelles ne permettent pas d'atteindre des cadences de traitement suffisantes avec cette technique connue.
En second lieu, cette technique connue ne permet pas de maîtriser totalement la phase d'implantation des échantillons dans ou sur les gels d'analyse. Cette phase revêt un caractère essentiel pour l'analyse et le traitement ultérieur des échantillons, et ce particulièrement lorsque les échantillons sont destinés à être soumis à un traitement par électrophorèse.
En effet, la technique connue requière des interventions manuelles répétées de la part de l'opérateur pour placer manuellement les microplaques d'une part et les plaques de gel d'autre part.
Une telle intervention manuelle même si elle est effectuée à l'aide de repères géométriques facilitant le dépôt des plaques à un endroit précis, s'avère être à l'origine d'erreurs de repérage spatial du bras manipulateur. Ces erreurs, même minimes, peuvent conduire à des défauts d'aliments des pipettes de dépôt relativement aux puits formés dans le gel d'agarose, et partant conduire à altérer les traitements ultérieurs et la fiabilité des résultats éventuels obtenus dans l'analyse de ces mêmes résultats. De tels écarts d'alignement peuvent également être à l'origine de mélanges inopinés entre les échantillons avec les mêmes conséquences que celles mentionnées précédemment.
De manière générale, il est enfin unanimement reconnu que la répétition d'opérations manuelles sur une période longue conduit à une baisse de la concentration de l'opérateur qui est à l'origine d'erreurs de manipulations. Par ailleurs, les diverses tentatives d'automatisation se sont toujours heurtées à la difficulté d'obtenir un repère fixe pour le robot et à la nécessité d'implanter de manière précise l'échantillon sur le gel d'analyse.
L'objet de la présente invention vise en conséquence à porter remède aux différents inconvénients énumérés précédemment, et à proposer un nouveau dispositif et procédé d'analyse automatique d'échantillons destinés à être manipulés, préparés puis implantés dans ou sur des gels d'analyse en vue de leur analyse ou traitement ultérieur qui soit à même d'assurer une automatisation aussi complète que possible des différentes opérations de préparation des échantillons tout en améliorant la maîtrise de l'implantation et la fiabilité d'éventuels traitements ultérieurs.
Un autre objet de l'invention vise à fournir un nouveau dispositif d'analyse automatique d'échantillons capables de traiter et d'analyser une très grande quantité d'échantillons par jour en réduisant au minimum les interventions manuelles des opérateurs.
Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif et procédé d'analyse automatique d'échantillons permettant de rendre automatique la plupart de la chaîne des étapes intervenant dans la manipulation et la préparation d'échantillons, en particulier de fragments d'ADN destinés à être implantés dans un gel d'agarose pour être ultérieurement soumis à une éiectrophorèse.
Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif et procédé d'analyse automatique d'échantillons réduisant au maximum les risques potentiels de contamination des échantillons.
Un autre objet de l'invention vise à fournir un nouveau dispositif et procédé d'analyse automatique d'échantillons susceptibles d'être adapté à diverses techniques de préparation et d'analyse d'échantillons à caractère biologique et/ou chimique tout en conservant une automatisation poussée. Un objet complémentaire de l'invention vise à fournir une nouvelle station d'électrophorèse susceptible d'être intégrée dans divers dispositifs.
Un objet complémentaire de l'invention vise à fournir une station de lavage automatique d'un outil de prélèvement d'échantillons, ladite station étant susceptible d'être intégrée dans un dispositif d'analyse automatique d'échantillons.
Un autre objet de l'invention vise à fournir une nouvelle station de visualisation du résultat des traitements effectués sur les échantillons biologiques ou chimiques, ladite station étant également à même de réaliser de manière automatisée les diverses étapes d'analyse et de vérification des résultats du traitement.
Un autre objet de l'invention vise à réaliser un nouveau procédé de vérification et de la traçabilité de l'origine des échantillons après traitement, ledit procédé étant susceptible d'être intégré dans un dispositif d'analyse automatique d'échantillons.
Les objets assignés à l'invention sont atteints à l'aide d'un dispositif d'analyse automatique d'échantillons, de type biologique ou chimique, destinés à être manipulés, préparés, puis implantés dans ou sur des gels d'analyse en vue de leur analyse, ledit dispositif comportant un châssis principal et une surface de travail qui intègrent à demeure:
- au moins un poste d'alimentation destiné à recevoir au moins une microplaque pourvue d'une série d'alvéoles contenant chacun un volume d'échantillon à préparer, - au moins un poste d'approvisionnement destiné à recevoir au moins une plaque recouverte d'un gel d'analyse,
- un robot manipulateur déplaçable du poste d'alimentation vers le poste d'approvisionnement sous la commande d'une unité centrale de pilotage automatique pour assurer, à l'aide d'un outil de manipulation, le prélèvement simultané d'un volume unitaire d'échantillon dans tous les alvéoles puis à transférer et déposer en une seule fois chacun desdits volumes unitaires à un endroit préétabli sur le gel d'analyse caractérisé en ce que le robot manipulateur comporte un outil de manipulation à tête interchangeable pour assurer en continu au cours d'un même cycle de déplacement et successivement par changement d'outil, la préparation mécanique de la surface du gel par façonnage de zones localisées de réception à l'aide d'un outil de façonnage puis le prélèvement de tous les volumes unitaires des échantillons à partir des micro-plaques à l'aide d'un outil de prélèvement et enfin la dépose desdits volumes unitaires dans lesdites zones localisées de réception à l'aide de l'outil de prélèvement.
Les objets assignés à l'invention sont également atteints à l'aide d'un procédé d'analyse automatique d'échantillons, de type biologique ou chimique, à implanter dans ou sur des gels d'analyse en vue de leur analyse ultérieure comprenant les étapes suivantes : a) on assure le prélèvement d'une série d'échantillons par un automate, à partir d'une série de micro-plaques, b) et on transfère, puis dépose par l'automate, lesdits échantillons prélevés, sur ou dans la surface d'un support recouvert d'un gel d'analyse, caractérisé en ce qu'il consiste préalablement à l'étape a), à faire réaliser, par le même automate une étape c), comprenant la préparation mécanique de la surface du gel d'analyse.
D'autres détails et avantages de l'invention seront décrits de manière détaillée à la lumière de la description et des exemples iliustratifs qui suivent ci-après, donné à titre d'exemple non limitatif, dans lesquels :
- La figure 1 montre selon une vue en perspective, un exemple de réalisation d'un dispositif de manipulation et de préparation automatique d'échantillons conforme à l'invention. - La figure 2 montre selon une vue de dessus un détail de réalisation de la surface de travail du dispositif de manipulation et de préparation automatique d'échantillons conforme à l'invention.
- La figure 3 montre selon une vue en coupe transversale, un détail de réalisation d'une micro-plaque utilisée conformément à l'invention. - La figure 4 montre selon une vue en coupe transversale longitudinale, un détail de réalisation d'un outil de façonnage conforme à l'invention. - La figure 5 montre selon une coupe transversale longitudinale, un détail de réalisation d'un poinçon équipant l'outil de façonnage montré à la figure 4.
- La figure 6 montre selon une coupe transversale longitudinale, la structure interne d'une station électrophorèse conforme à l'invention.
- La figure 7 montre sur une coupe transversale longitudinale, la structure interne d'un outil de prélèvement d'échantillons conforme à l'invention.
- La figure 8 montre selon une vue de dessus, un exemple de réalisation d'un outil de préhension conforme à l'invention.
- La figure 9 montre, selon une coupe transversale, la structure interne d'une station de lavage conforme à l'invention.
- La figure 10 montre un détail de réalisation d'un cône de réception équipant la station de lavage montrée à la figure 9. - La figure 11 montre selon une vue en perspective une station de stockage des plaques de gels d'analyse.
- La figure 12 montre selon une vue en perspective un plateau support de micro-plaques.
- La figure 13 montre selon une vue en perspective l'étape de préparation mécanique de la surface du gel d'analyse.
- La figure 14 montre selon une vue en perspective, l'opération de dépose des échantillons sur une plaque de gel d'analyse.
- La figure 15 montre un détail de réalisation de l'implantation des électrodes sur une plaque de gel dans la station électrophorèse. - La figure 16 montre selon une vue latérale, un exemple de réalisation d'une station d'analyse des résultats du traitement des échantillons conforme à l'invention. - La figure 17 montre selon une vue latérale correspondant à une rotation à 90° par rapport à la vue de la figure 16, un exemple de réalisation d'une station d'analyse conforme à l'invention.
Dans la description qui suit il sera fait référence, en tant qu'exemple préférentiel de réalisation de l'invention, à un procédé et un dispositif de manipulation et de préparation automatique d'échantillons constitués de fragments d'ADN destinés à être implantés sur un gel d'analyse constitué par un gel d'agarose. Par ailleurs, sous le terme gel ou solution d'analyse, il conviendra d'entendre tout gel ou solution inerte ou réactif. L'analyse de ces fragments s'intègre dans un programme de cartographie des transcrits du génome humain à très grande échelle, par la technique des hybrides d'irradiation telle que décrite dans
Ces échantillons seront ensuite soumis à une opération de traitement, à savoir une opération de traitement par électrophorèse afin d'être ultérieurement analysée par des chercheurs participant à la lecture de la carte du génome humain visant notamment à étudier la prévention des maladies génétiques. Un tel exemple de réalisation préférentiel n'est donné qu'à titre purement illustratif et non limitatif de l'invention, étant entendu que cette dernière peut s'appliquer à l'analyse d'autres types d'échantillons biologiques et/ou chimiques au sens large ou à l'étude de génomes non humains.
De la même façon, il sera fait référence dans la description qui suit, à des fins purement illustratives et de manière non limitative, à une étape de traitement des échantillons réalisée par électrophorèse, étant entendu que d'autres étapes de traitement, telles que l'immuno-détection peuvent être envisagées sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
Le dispositif de manipulation et de préparation automatique d'échantillons de types biologiques se présente, tel que montré à la figure 1 sous la forme d'une machine comportant un châssis principal 1 reposant sur le sol par l'intermédiaire de pieds (non représentés aux figures) et possédant, dans sa partie inférieure, un carénage 2 externe surmonté par une surface de travail 3 sensiblement horizontale. L'ensemble de la machine est supporté par le châssis principal 1 , par exemple métallique, qui présente les caractéristiques de robustesse nécessaire à sa fréquence et à sa durée d'utilisation. Le carénage 2 comporte intérieurement tous les éléments ou groupes d'éléments nécessaires au bon fonctionnement de la machine en général, à savoir par exemple, un groupe de production de froid, des pompes à vide, différents réservoirs de liquide ou fluide ainsi que toutes les connections et équipements électroniques et électriques nécessaires.
Selon une version préférentielle, la machine peut être pourvue d'une cabine de protection (non représentée aux figures) et d'un dispositif de climatisation permettant d'isoler de l'extérieur la surface de travail 3 et l'ensemble des équipements qui s'y trouvent.
Tel que cela est montré aux figures 1 et 2, la surface de travail 3 supporte et intègre à demeure au moins un et de préférence quatre postes d'alimentation 10 destiné(s) à recevoir au moins une, et de préférence, plusieurs micro-plaques 1 1 pourvues d'une série d'alvéoles 12 (figure 3) destinée à contenir chacun un volume d'échantillons 13 à préparer, ainsi qu'au moins un et de préférence deux postes d'approvisionnement 50 destinés à recevoir au moins une et de préférence une pluralité de plaques 21 (figures 13 à 14) recouvertes d'un gel d'analyse 22, de préférence d'agarose. La surface de travail 3 supporte et intègre également à demeure un robot manipulateur 30 déplaçable du poste d'alimentation 10 vers le poste d'approvisionnement 50 sous la commande d'une unité centrale de pilotage automatique (non représentée aux figures) pour assurer à l'aide d'un outil de manipulation, le prélèvement simultané d'un volume unitaire d'échantillons 13 dans tous les alvéoles 12, puis transférer et déposer en une seule fois, chacun desdits volumes unitaires à un endroit préétabli sur le gel d'analyse 22.
Dans une application préférentielle de l'invention, la surface de travail 3 supporte également au moins un et de préférence deux blocs d'électrophorèse 60 alignés avec les deux postes d'approvisionnement 50, mais disposés entre ces derniers. De manière préférentielle, les quatre postes d'alimentation 10 sont disposés en face des postes d'approvisionnement 50 et placés symétriquement par rapport à un axe sensiblement central de la surface de travail 3 de façon à définir un emplacement sensiblement central sur la surface de travail 3 pour constituer au moins un poste d'approvisionnement 50. Ce dernier est destiné à recevoir au moins une plaque 21 recouverte d'un gel d'analyse 22 et sert de table de pose et de manipulation desdites plaques 21.
Selon l'invention, les plaques 21 sont par exemple réalisées en verre ou en un matériaux possédant une certaine souplesse, par exemple des feuilles souples de MILLARD. Les plaques 21 sont recouvertes d'un gel ou d'un support d'analyse, et par exemple d'un gel d'agarose d'une épaisseur de l'ordre de 1 ,5 mm par exemple. Les plaques 21 qui se présentent sous la forme d'un parallélépipède rectangle de format 260 mm x 244 mm sont stockées dans la station de stockage 20 formée par une étagère 25 (figure 11 ) dans laquelle les plaques 21 sont superposées. Les plaques 21 sont donc rangées et introduites dans chaque étagère 25, à la manière d'un tiroir, chaque étagère étant par ailleurs fixée sur la surface de travail 3 par tout moyen approprié, et par exemple par un système de glissières.
L'ensemble des plaques 21 et des étagères 25 sont par ailleurs verrouillées en position de travail par l'intermédiaire du système de verrouillage, par exemple à l'aide d'électro-aimants, une série de détecteurs de proximité active vérifiant par ailleurs l'installation et le verrouillage correct.
Selon une version préférentielle de l'invention, la surface de travail 3 conforme à l'invention comporte deux étagères 25 contenant chacune 8 emplacements nécessaires au stockage de huit plaques 21. Les étagères 25 sont en conséquence facilement interchangeables, superposables, et rapidement mises en place ou enlevées de la surface de travail 3 tout en conservant une position spatiale parfaitement répétitive.
Les micro-plaques 11 sont réalisés, de manière connue, à base d'un matériau plastique tel que du polycarbonate et comportent une pluralité d'alvéoles 12 au nombre de 96, 192 ou 384 selon le type de micro-plaques 11. Chaque alvéole a un volume de l'ordre de 15 à 50 micro-litres destinés à recevoir selon l'exemple préférentiel de l'invention, une série d'échantillons d'ADN, d'un volume variable selon les plaques 11 utilisées, le volume préférentiel prélevé étant de l'ordre de 5 μl, ledit volume étant déposé à l'aide d'une pipette et recouvert d'une mince pellicule d'huile 16.
Les micro-plaques 11 contenant les fragments d'ADN sont déposées sur la surface de travail 3 dans des tiroirs à glissières, chaque tiroir supportant un plateau 17, par exemple en aluminium sur lequel sont déposées par exemple huit micro-plaques 11.
Chaque micro-plaque 1 1 repose sur une platine 18, par exemple en PVC, pourvue d'organes de coincement et de détrompage 19 destinés à coopérer avec des organes appariés solidaires de la face inférieure des micro-plaques 11 pour assurer leur fixation sur les platines 18 dans une position préétablie. Selon une version préférentielle de l'invention, les organes de coincement et de détrompage 19 comprennent une série de plots 19 solidaires de la platine 18 formant à leur partie supérieure un cône de maintien autour duquel est mis en place un joint torique 19a destiné à venir se coincer dans une série d'évidements ménagés à la surface inférieure des micro-plaques 11.
Le plateau 17 comporte également une série de pions détrompeurs 19b permettant d'éviter le mouvement du plateau 17 pendant le déplacement du tiroir à glissières.
Le dispositif conforme à l'invention comporte en conséquence au moins un et de préférence quatre postes d'alimentation 10 qui comprennent chacun un plateau 17 sur lesquels sont disposés la pluralité de micro-plaques 11. Le poste d'approvisionnement 50 constitue la table de préparation sur laquelle est destinée à travailler prioritairement le robot manipulateur 30 pour y effectuer l'opération de dépose des échantillons 13 dans ou sur les plaques 21 recouvertes de gel d'analyse 22.
Le poste d'approvisionnement 50 est constitué d'une plaque, de préférence métallique et par exemple d'alliage d'aluminium pourvue de moyens permettant le maintien en place des plaques 21 , et par exemple d'un moyen d'aspiration.
A cet effet, la plaque d'aluminium est munie de quatre ventouses à dépression permettant le maintien des plaques 21 pendant toute la préparation des échantillons. Un vacuostat peut être mis en parallèle sur le circuit de vide qui alimentera les ventouses, afin de détecter un éventuel défaut d'absence de plaque de verre ou une fuite du circuit de vide. La plaque d'alliage d'aluminium peut également être avantageusement montée avec une possibilité de déplacement, de préférence par rotation, par rapport à la surface de travail 3 à l'aide d'un actionneur.
Les plaques 21 de gel d'analyse étant destinées à être soumises à une opération d'électrophorèse, la possibilité d'entraîner en rotation, à l'aide d'un actionneur, par exemple pneumatique, sur un débattement angulaire de 180° permet d'inverser la position des plaques 21 et ultérieurement d'inverser également la polarité des électrodes dans les blocs électrophorèse 20. Cette particularité permet alors de respecter les sens de migration des fragments d'ADN. L'actionneur (non représenté aux figures) peut être avantageusement du type à double piston et crémaillère, les deux positions de la plaque d'aluminium étant contrôlées par des détecteurs de proximité inductifs
Le robot manipulateur 30 conforme à l'invention est monté déplaçable au-dessus de la surface de travail 3 selon trois axes de travail X,Y,Z, correspondant aux trois directions de l'espace, chaque axe étant associé respectivement à trois bras 51 ,52,53.
Le robot manipulateur 30 est du type «pick and place» et les trois axes de déplacement sont asservis en position, sans retour d'effort proprioceptif ou d'informations complémentaires extéroceptives.
L'axe de déplacement vertical Z sera avantageusement pourvu d'un électro-frein afin d'éviter toute chute par pesanteur en cas d'une coupure de courant. Le robot manipulateur 30 est susceptible de se déplacer vers des zones localisées de la surface de travail 3 ou sont déposées préalablement diverses têtes de travail pour les utiliser au cours de son cycle de travail afin d'accomplir les différentes tâches qui lui sont dévolues telles que la prise et la dépose des têtes de travail qui constituent différents outils de manipulation.
Le robot manipulateur 30 pouvant utiliser successivement plusieurs types d'outils est pourvu à l'extrémité de son bras vertical 53 d'un changeur d'outils 55 équipé d'une tête interchangeable. En raison du poids et de l'encombrement des outils nécessaires au robot manipulateur 30 la solution du dépôt des outils sur la surface de travail 3 a été adoptée, de préférence à des systèmes à tête interchangeable dans lesquels les différents outils sont fixés sur le bras 52. De manière connue en soi, le robot manipulateur 30 ainsi que le changeur d'outils 55 sont pourvus de tous les équipements électromécaniques et pneumatiques nécessaires à leur fonctionnement.
Selon une version avantageuse de l'invention, le dispositif comporte au moins trois têtes de travail différentes, à savoir un outil de façonnage 70, formé par un outil de poinçonnage, un outil de préhension 71 des plaques 21 , et un outil de prélèvement 73 des échantillons 13.
L'outil de façonnage 70 est destiné à assurer la préparation mécanique de la surface des gels d'analyse 22 par façonnage de zones localisées de réception des échantillons 13. Dans l'application particulière spécifique de l'invention à la préparation de gels pour l'analyse de fragments d'ADN, l'outil de façonnage 70 sera formé par un outil de poinçonnage (figures 4 et 5) dont l'objet consiste à découper puis à aspirer un fragment de gel d'agarose afin de créer des puits 75 (figure 13). A cet effet, l'outil de poinçonnage est formé par un ensemble de poinçons de formage 76 alignés et fixés sur un support commun (non représenté aux figures) et par exemple une barrette en inox.
Selon une version préférentielle de l'invention, l'outil de poinçonnage 70 comportera un ensemble de douze poinçons alignés au pas de 9 mm. Chaque poinçon 76 est enchâssé dans un logement 77 dont le fond est garni d'un joint torique 78 suffisamment élastique pour permettre la compliance voulue lors de l'opération de poinçonnage nécessitant un choc mécanique répété. Cette possibilité de déplacement longitudinal permet également de rattraper les éventuelles différences d'épaisseur entre les plaques 21.
Chaque poinçon 76 est réalisé en acier inoxydable et est pourvu d'un embout 79 creux, de préférence de section rectangulaire, usiné par électroérosion. Avantageusement, pour pallier le refroidissement des poinçons 76 il est prévu de garnir leur support, d'un tissu chauffant électrique 80. Les poinçons 76 étant constitués d'emporte-pièces creux pour découper puis aspirer le fragment de gel d'agarose, il est nécessaire de prévoir un dispositif évitant l'encrassement progressif du poinçon par le dépôt de gel à leur extrémité. A cet effet les poinçons 76 sont fixés sur une pièce 81 formant un piège et délimitant intérieurement une chambre interne 82 pour le piégeage des fragments de gel. La chambre interne 82 est reliée d'une part au volume interne des poinçons 76 et de leur embout 79, et d'autre part, par une canalisation 83, à une pompe à vide commune (non représentée aux figures).
Ainsi, les mini parallélépipèdes de gels poinçonnés sont aspirés par la pompe à vide et recueillis dans la chambre interne 82 commune à tous les poinçons 76. Avantageusement, compte tenu de la cadence prévue de la machine objet de l'invention, et du nombre élevé de poinçonnages nécessaires, il est prévu d'avoir recours à deux outils de façonnage 70.
L'outil de préhension 71 est destiné à sélectionner, saisir, puis déposer, à l'aide de déplacements sensiblement horizontaux, chaque plaque 21 individuellement à partir des stations de stockage 20 pour les déposer au poste d'approvisionnement 50 en vue du façonnage de la surface du gel d'analyse 22.
L'outil de préhension 71 est également destiné à replacer les plaques 21 dans les stations d'électrophorèse 60 puis à les extraire à nouveau de ces mêmes stations pour les replacer dans les étagères 25 de la station de stockage 20.
A cet effet, l'outil de préhension 71 (figure 8) est formé par deux doigts en U, 81 , 82, à écartement réglable, de préférence par translation et destinésà supporter les plaques 21. L'écartement des doigts 81 , 82 est réglable, de préférence par translation, à l'aide de patins à bille commandés par un vérin pneumatique
83 contrôlé par des capteurs magnétiques (non représentés aux figures).
L'écartement réglable des doigts 81 , 82 permet leur escamotage et permet également à l'outil de préhension 71 de se dégager des plaques 21 pour les relâcher.
La surface supérieure de chaque dent 81 , 82 destinée à supporter les plaques 21 est pourvue d'une fente longitudinale 84 dans laquelle est inséré un système de ventousage par vide assurant un bon maintien des plaques 21 .
L'outil de prélèvement 73 des échantillons 13 montrés à la figure 7 est formé par un ensemble de pipettes 91 à volume réglable comprenant des aiguilles creuses à position également réglables.
Avantageusement, l'outil de prélèvement 73 comportera douze pipettes à volume réglable. La position des aiguilles creuses est avantageusement réalisée par une vis de pression. De manière connue en soi, la contamination du fluide lors du pipetage est évitée en ayant recours à la technique de la bulle d'isolation. Les pipettes 91 sont reliées, de préférence par une vanne à deux voies 92, à ene unité de lavage d'une part, et à une seringue aspiro-refoulante d'autre part.
Selon une particularité de l'invention, il est également prévu de réaliser sur la surface de travail 3 une station de lavage 100 (figures 9 et 10) destinée à assurer le nettoyage de l'outil de prélèvement 73 après chaque dépôt des fragments d'ADN sur le gel d'analyse 22. A cet effet, il est prévu de disposer la station de lavage 100 à proximité du poste d'approvisionnement 50 afin que le robot manipulateur 30 puisse s'y rendre rapidement de manière automatique au cours de son cycle de travail après chaque prélèvement et dépose des échantillons 13. Avantageusement, la station de lavage 100 est constituée d'un bloc
101 en PVC pourvu de perforations, en nombre identique au nombre d'aiguilles par exemple au nombre de douze, dans lesquelles sont installés des cônes de réception 102 pour assurer la réception des aiguilles 91. Les perforations se prolongent par une série de conduits d'évacuation 103 destinés à assurer l'évacuation du fluide de lavage. Chaque conduit 103 débouche dans un conduit 104 de collecte du fluide de lavage, ledit conduit reliant l'ensemble du bloc à un organe d'aspiration et de refoulement du fluide disposé par exemple dans la partie basse de la machine.
La figure 10 montre un détail de la réalisation d'un cône de réception
102 et de la façon dont une aiguille 91 s'insère dans ledit cône. La turbulence du rejet de l'eau dans le cône 102 créé un effet de fontaine qui permet le lavage intérieur et extérieur de l'aiguille 91 , le principe de nettoyage consistant à aspirer puis refouler un fluide de lavage, par exemple de l'eau déminéralisée à travers les aiguilles 91.
Le dispositif conforme à l'invention comporte également au moins une, et de préférence deux stations d'électrophorèse 60, disposée(s) sur la surface de travail 3 vers la ou lequel le robot manipulateur 30 est susceptible de se déplacer automatiquement au cours de son cycle de travail après chaque cycle de dépose des volumes unitaires d'échantillons 13 dans les puits 75 en vue d'y placer chaque plaque de gel d'analyse ainsi préparée.
Avantageusement, chaque station d'électrophorèse 60 est formée par un boîtier 61 (figure 6) susceptible d'être ouvert sur sa face avant et comportant intérieurement une série de soles 62 thermostatées et superposées. Les soles 62 définissent donc entre elles une série de niches 63, et par exemple huit niches 63 dans lesquelles les plaques 21 contenant les échantillons 13 sont destinées à être insérées par le robot manipulateur 30.
Les plaques 21 sont maintenues en place par les soles 62 qui comportent intérieurement un circuit de refroidissement en serpentin relié à un groupe froid afin d'évacuer les calories produites par le passage du courant lors de l'électrophorèse. Sur les bords latéraux internes du boîtier 61 , il est fixé une série de crémaillères 66 munies d'électrodes éponges 65 (figures 6 et 15) dont la position est variable et commandée par un système de contrôle de leur position entre au moins une position de contact avec la surface du gel d'analyse 22 et au moins une position hors contact.
Chaque niche 63 comporte donc une paire d'électrodes 65 reliées électriquement de manière individuelle à une source d'alimentation électrique, le système de contrôle comprenant un organe d'actionnement 67, de préférence un vérin pneumatique agissant sur une platine 68 supportant la sole 62 a située au niveau le plus bas du boîtier 61.
Dans l'exemple préférentiel montré à la figure 6, l'organe d'actionnement 67 agit sur et commande le déplacement vertical de l'ensemble des crémaillères 66 permettant d'effectuer un mouvement de monte et baisse des électrodes 65.
Avantageusement les électrodes 65 sont formées par des éponges imbibées de solution tampon de même composition que le gel d'analyse 22, le contact électrique entre le fil de cuivre d'alimentation et l'éponge 65 s'effectuant à l'aide d'une plaque en titane recouverte de platine pour réduire ou éviter l'oxydation.
Selon l'invention, le robot manipulateur 30 comporte donc un outil de manipulation dont le tête est interchangeable afin d'assurer en continu au cours d'un même cycle de déplacement et successivement par changement d'outil 70, 71 , 72 la préparation mécanique de la surface du gel 22 par façonnage de zones localisées 75 de réception à l'aide d'un outil de façonnage 70, puis le prélèvement de tous les volumes unitaires des échantillons 13 à partir des micro-plaques 1 1 à l'aide d'un outil de prélèvement 73, le robot manipulateur 30 assurant enfin la dépose dédits volumes unitaires dans lesdites zones localisées 75 de réception des échantillons 13 à l'aide de l'outil de prélèvement 73.
Le robot manipulateur 30 est donc à même de réaliser lui même les opérations essentielles de préparation des échantillons 13 au même poste d'approvisionnement 50 tout en utilisant un nombre réduit d'outils de manipulation, la multiplicité des .postes d'alimentation 10 , de stockage 20 et des stations d'électrophorèse assurant son fonctionnement en continu et l'absence de points morts dans son cycle.
Le robot manipulateur 30 est apte à l'aide de l'outil de préhension 71 à sélectionner, saisir, puis déposer une plaque 21 au poste d'approvisionnement 50 en vue de son façonnage de surface.
Les figures 16 et 17 montrent une station de visualisation 1 10 du résultat du traitement des échantillons 13 soumis à l'électrophorèse, ladite station 1 10 étant destinée à être associée au dispositif d'analyse automatique des échantillons 13. Selon une version préférentielle de l'invention, la station de visualisation 1 10 est séparée du dispositif d'analyse automatique des échantillons 13 et est autonome.
La station 1 10 comporte son propre châssis 1 1 1 comprenant une plateforme de travail 1 12 destinée à recevoir : - des étagères 1 13 formant une seconde station d'approvisionnement 1 13a dans lesquelles les plaques 21 de gel d'analyse 22 ayant subit l'électrophorèse sont empilées,
- un poste de prise d'images 1 14, étanche à la lumière, dans lequel est fixé un moyen d'enregistrement visuel 1 15, par exemple une caméra, - un second robot manipulateur 1 16 équipé d'un second outil de préhension 70, ledit robot étant apte à se déplacer entre la station d'approvisionnement 1 13a pour y saisir une plaque 21 et le poste de prise d'images 1 14 pour y déposer ladite plaque 21 , ledit robot étant également apte à placer la plaque 21 dans les étagères 1 13 après la prise d'images.
Les étagères 113 correspondent aux étagères 25 qui ont été transportées de la station d'analyse après le traitement d'électrophorèse.
Avantageusement, la station 110 est équipée d'un poste de visualisation 117, pourvu par exemple d'un écran permettant à l'opérateur de visualiser le résultat du cliché pris par le moyen d'enregistrement visuel
1 15 pour y observer la migration créée par électrophorèse sur chaque plaque 21 .
Selon un mode de réalisation préférentiel, le robot manipulateur 1 16 est un robot à deux axes de mouvement, l'un pour pénétrer dans les étagères de la station d'approvisionnement 1 13, l'autre pour incrémenter les différentes hauteurs des étagères 1 13 et annexer les plaques 21 au poste de prise d'images 1 14.
Le robot manipulateur 1 16 comporte un outil de préhension 70 identique à celui montré à la figure 8 mais comportant deux doigts 81 , 82 en U à position fixe.
Le poste de prise d'images 1 14 est équipé d'un plan de pose 120 comportant par exemple une série de barres support métalliques, et d'un système d'éclairage UV disposé au-dessus du plan de pose 120, de préférence latéralement. Le système d'éclairage sera par exemple composé de deux unités d'éclairage UV 121 , 122 disposées de manière à croiser leur flux de lumière.
Les plaques 21 sont donc analysées et visionnées par fluorescence. Le moyen visuel de prise d'images 1 15 est avantageusement constitué par une caméra à haute sensibilité, telle qu'une caméra CCD (photo sensys 1400) située à un niveau supérieur au système d'éclairage 121 , 122 et au-dessus du pian de pose 120. L'ensemble du dispositif d'analyse des échantillons incluant la station d'analyse 110 est commandée et pilotée par une unité centrale de pilotage automatique incluant une architecture de commandes électroniques articulées par exemple à partir de calculateurs compatibles IBM PC. Pour conserver la possibilité de convertir et de faire évoluer l'installation, le pilotage de l'ensemble des deux machines est sous la dépendance de plusieurs calculateurs compatibles IBM PC comprenant :
- Un calculateur de pilotage du ou des robot(s) manipulateur(s) C Sup. qui a un rôle de superviseur de toute la machine,
- Un calculateur de commande de l'électrophorèse C Elec qui est l'esclave du calculateur de pilotage C Sup.,
- Et, un calculateur de commande de l'analyse d'images C Im qui est autonome. Avantageusement, les calculateurs peuvent être connectés à un réseau ou serveur informatique externe en vue d'acquérir des fichiers types d'expériences et communiquer les différentes informations entre eux.
L'invention concerne également un procédé d'analyse automatique d'échantillons, de type biologique ou chimique, à implanter dans ou sur des gels d'analyse en vue de leur analyse ultérieure, de préférence après un traitement par électrophorèse.
Le procédé d'analyse automatique d'échantillons est plus particulièrement, mais non exclusivement destiné à préparer des échantillons provenant de fragments d'ADN destinés à être implantés dans des puits 75 formés sur un gel d'agarose.
Le procédé de l'invention comprend les étapes principales suivantes dans lesquelles : - a) on assure le prélèvement d'une série d'échantillons à l'aide d'un automate ou d'un robot manipulateur 30 à partir d'une série de microplaques 21 ,
- b) et on transfère, puis dépose, par l'automate iesdits échantillons prélevés sur ou dans la surface d'un support, en l'occurrence par exemple les plaques 21 recouvertes d'un gel d'analyse.
La particularité du procédé réside en ce qu'il consiste, préalablement à l'étape a), à faire réaliser par le même automate ou robot manipulateur, une étape c) comprenant la préparation mécanique de la surface du gel d'analyse 22. Dans la version préférentielle de l'invention, la préparation mécanique de la surface du gel d'analyse consistera à réaliser directement sur la surface de travail 3 une série de puits 75 par l'automate.
Le procédé consiste également à l'aide du même automate ou robot manipulateur 30 à faire réaliser par ce même automate le cycle de travail suivant :
- extraire une plaque 21 recouverte d'un gel d'analyse 22 à partir d'une étagère 1 13 disposée sur la surface de travail 3,
- transporter cette même plaque 21 à un poste de travail ou d'approvisionnement 50, - puis à réaliser la préparation mécanique de ladite surface du gel d'analyse 22, par exemple en y formant une pluralité de puits 75,
- prélever simultanément l'ensemble de la série des échantillons 13 à partir d'une micro-plaque 21 , par exemple par pipetage, - assurer, après chaque opération de pipetage, le lavage des outils de préhension,
- déposer enfin la série d'échantillons 13 préalablement prélevés, aux endroits préétablis, en l'occurrence les puits 75 réalisés lors de l'étape c).
Au cours de ce cycle de travail le robot manipulateur est apte à se déplacer sous la conduite du calculateur C Sup aux endroits idoines de la surface de travail 3 sur laquelle sont disposés les différents outils de manipulation 70, 71 , 73 pour déposer l'outil inutile et prélever l'outil nécessaire à l'opération subséquente de son cycle de travail.
De manière complémentaire le procédé conforme à l'invention consiste en outre :
- à transporter les gels d'analyse 22 avec les échantillons 13 qui sont déposés, à une station de traitement, par exemple une station d'électrophorèse 60,
- puis, après traitement dans ladite station 60, à reprendre les plaques 21 traitées, pour les transporter et les replacer dans l'étagère ou ils ont été individuellement extraits par le robot manipulateur 30.
Le procédé conforme à l'invention consiste ensuite à transporter les plaques 21 avec les gels d'analyse 22, de préférence après traitement, à une station de visualisation 110 du résultat du traitement, en l'occurrence de manière préférentielle un traitement d'électrophorèse.
Cette étape consiste donc à transporter les étagères 25, 113 contenant les gels d'analyse à la station de visualisation 110 et à déposer au moins une étagère 113 sur le poste de travail 120.
Le procédé consiste ensuite, à la station de visualisation 110, et à l'aide d'un second automate ou robot manipulateur 116, à extraire successivement et individuellement chaque plaque 21 des étagère 113, et à transporter individuellement lesdites plaques puis les déposer à un poste de prise d'images 1 14,
- puis à prendre, à l'aide d'une caméra, un cliché pour obtenir une image du résultat du traitement. Le procédé consiste ensuite à replacer la plaque 21 dans l'étagère
1 13 après prise du cliché, puis à recommencer l'opération jusqu'à l'extraction de la dernière plaque 21.
En cours de manipulation des plaques 21 , le procédé comporte également une étape de vérification de l'identification de l'origine des plaques 21 et des gels d'analyse 22 en relation avec les échantillons 13 déposés, ladite origine étant repérable sur chaque cliché par identification d'un code.
L'étape de vérification consiste, après avoir préalablement, d'une part enregistré par exemple à l'aide d'une caméra disposée à l'extrémité du robot manipulateur 30 du dispositif d'analyse, un couple d'images d'identification comprenant une identification du marquage de chaque micro-plaques 21 lors du prélèvement des échantillons 13, avec une identification du marquage des gels d'analyse après dépôt des échantillons, et d'autre part, stocké dans un fichier par exemple par concaténage, le couple d'images ainsi obtenu :
- à décoder lors de la prise du cliché, le marquage du gel d'analyse pour vérifier à l'aide du fichier, la correspondance avec le couple de données préalablement enregistré en vue de détecter une éventuelle erreur de manipulation. En effet, la fiabilité de l'image finale d'analyse peut être remise en cause par des erreurs d'identification des échantillons dues par exemple à l'inversion ou la substitution de plaques 21 lors des approvisionnements.
Dans un cas, se sont les micro-plaques qui peuvent être à l'origine d'erreurs de manipulation sur la machine d'analyse, dans d'autres cas se sont les plaques de verre 21 qui peuvent être incriminées au cours de la phase d'analyse.
Dans l'un et l'autre cas, il s'agit d'erreurs humaines qui peuvent être repérables à partir des clichés pris à l'aide de la caméra 1 15. En pratique les échantillons 13 arrivent dans les micro-plaques 1 1 qui ont préalablement été identifiées sur leur bord, par exemple au stylo feutre à l'aide d'un marquage manuscrit.
Le principe de marquage retenu consiste à associer à ce marquage manuscrit un second marquage étiqueté sur les plaques 21 en utilisant un codage binaire dit bits (1024 plaques).
Ce code peut être analysé à l'aide d'une caméra CCD fixée à l'extrémité du robot manipulateur 30, des clichés d'identification de l'écriture et du code associé étant alors pris lors de l'opération de pipetage.
La prise de clichés va consister à prendre une première photo lors du prélèvement des échantillons 13 d'ADN, puis une seconde photo lors du dépôt des fragments d'ADN sur les gels d'analyse 22.
Chaque couple d'images est ensuite par exemple concaténé dans un fichier dont le nom est le numéro décodé de l'étiquette, le fichier étant transféré au calculateur Cim. En même temps qu'elle prend un cliché de l'image de la migration dans le bloc d'électrophorèse 20 en fonctionnement, la machine de visualisation décode l'étiquette de la plaque 21 en cours de traitement.
Le procédé consiste ensuite à lancer une recherche du fichier source contenant les couples d'images initialement enregistrés puis à insérer le contenu ainsi trouvé, par exemple sur l'écran de visualisation 17.
L'opérateur peut alors comparer lors de l'image finale, à la fois l'image de la migration de fragments d'ADN ainsi que son code propre complété par l'image de l'identification manuscrite initiale et du code qui lui était également initialement associé. Lorsque les deux codes sont identiques il y a alors lieu de conclure qu'il n'y a pas eu d'erreur de manipulation.
La communication des images et de leur trace se fait à l'aide d'une connexion entre les calculateurs C Sup et Cim par une installation réseau. Le cycle complet de la préparation d'une plaque d'échantillons d'ADN correspondant au cycle de travail du robot manipulateur 30 consiste donc pour ledit robot, après s'être assuré, grâce à une série de capteurs, que les plaques 21 pourvues de gels d'analyse 22 sont effectivement présentes dans la station de stockage 20 appropriée, et que les micro- plaques 1 1 sont également effectivement présentes au poste de stockage 10 , à aller chercher une plaque 21 dans l'étagère 25 à l'aide de l'outil de préhension idoine, puis à la poser sur le poste 50.
Le robot manipulateur 30 peut ensuite déposer l'outil de préhension sur la surface de travail 3 et lui substituer l'outil de façonnage avec lequel il va former les puits 75 sur la plaque 21.
Le robot manipulateur va ensuite lâcher l'outil de poinçonnage pour lui substituer l'outil de prélèvement afin d'aller aspirer les échantillons d'ADN simultanément dans les micro-plaques 11 puis enfin déposer les échantillons 13 dans les puits 75 formés précédemment. Préalablement, le robot manipulateur va laver les pipettes à la station de lavage entre chaque cycle de pipetage.
Le robot manipulateur 30 va ensuite reprendre l'outil de préhension pour déplacer la préparation, à savoir la plaque 21 contenant maintenant les échantillons, dans l'un des blocs d'électrophorèse 60. La préparation restera soumise dans le bloc d'électrophorèse à un champ électrique par exemple pendant 20 mn environ.
A la fin de l'électrophorèse, le robot reprend la plaque avec l'outil de préhension et va la ranger dans l'étagère à son emplacement d'origine. Pour améliorer la lecture du résultat à la station de visualisation 110 et de manière générale pour améliorer la fluorescence lors de la prise d'images, les plaques 21 servant de support aux gels ou solutions d'analyse sont réalisées en verre noir standard. On obtient ainsi un gain appréciable du contraste lors delà révélation de la migration des fragments d'ADN, par fluorescence à l'issue de l'électrophorèse.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Dispositif d'analyse automatique d'échantillons, de type biologique ou chimique, destinés à être manipulés, préparés puis implantés dans ou sur des solutions ou gels d'analyse en vue de leur analyse, ledit dispositif comportant un châssis principal (1 ) et une surface de travail (3) qui intègrent à demeure:
- au moins un poste d'alimentation (10) destiné à recevoir au moins une micro-plaque (11) pourvue d'une série d'alvéoles (12) contenant chacun un volume d'échantillon (13) à préparer,
- au moins un poste d'approvisionnement (50) destiné à recevoir au moins une plaque(11 ) recouverte d'un gel d'analyse (22),
- un robot manipulateur (30) déplaçable du poste d'alimentation(IO) vers le poste d'approvisionnement(50) sous la commande d'une unité centrale de pilotage automatique pour assurer, à l'aide d'un outil de manipulation, le prélèvement simultané d'un volume unitaire d'échantillon (13) dans plusieurs alvéoles (12) puis à transférer et déposer en une seule fois chacun desdits volumes unitaires à un endroit préétabli sur le gel d'analyse (22), caractérisé en ce que le robot manipulateur (30) comporte un outil de manipulation à tête interchangeable pour assurer en continu au cours d'un même cycle de déplacement et successivement par changement d'outil, la préparation mécanique de la surface du gel (22) par façonnage de zones localisées de réception à l'aide d'un outil de façonnage (70), puis le prélèvement de tous les volumes unitaires des échantillons(13) à partir des micro-plaques (11 ) à l'aide d'un outil de prélèvement (73), et enfin la dépose desdits volumes unitaires dans lesdites zones localisées de réception à l'aide de l'outil de prélèvement (73).
2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte au moins une station de stockage (20) d'une pluralité de plaques (21 ) de gel à façonner, le robot manipulateur (30) étant apte, à l'aide d'un outil de préhension (71 ), à sélectionner, saisir, puis déposer une plaque (21 ) au poste d'approvisionnement (50) en vue de son façonnage de surface. 3 - Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que le poste d'approvisionnement (50) comprend une plaque support, de préférence métallique, pourvue de moyens, par exemple de moyens d'aspiration, permettant le maintien en place de la plaque (21 )de gel.
4 - Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que la plaque support est montée avec une possibilité de déplacement, de préférence par rotation, relativement à la surface de travail (3) par un actionneur.
5 - Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que la station de stockage(20) est formée par une ou plusieurs étagères (25) dans lesquelles les plaques (21) de gel sont superposées, lesdites étagères étant liées et fixées à la surface de travail (3) par un moyen de fixation amovible, de préférence un système de glissières.
6 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le robot manipulateur (30) est monté déplaçable au dessus de la surface de travail (3) selon trois axes de travail (X, Y, Z) et comporte un changeur d'outils (55) avec une tête interchangeable, monté sur un bras (53), le robot (30) étant susceptible de se déplacer vers des zones de la surface de travail (3) où sont déposées différentes têtes de travail pour les utiliser.
7 - Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois têtes de travail différentes parmi lesquelles, un outil de façonnage (70) formé par un outil de poinçonnage, un outil de préhension (71 ) des plaques (21 ), et un outil de prélèvement (73) des échantillons. 8 - Dispositif selon l'une des revendications 1 , 6 ou 7, caractérisé en ce que l'outil de façonnage (70) est formé par un ensemble de poinçons (76) reliés chacun par une canalisation interne (77) à une chambre interne (82) commune de piégeage, elle-même reliée à une pompe à vide commune aux poinçons (76).
9 - Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que chaque poinçon (76) est enchâssé dans un logement au fond duquel est disposé un joint torique (78) élastique.
10 - Dispositif selon la revendication 1 , 2, 6 ou 7, caractérisé en ce que l'outil de préhension (71 ) est formé par deux doigts (81 ,82) en U à écartement réglable, de préférence par translation, destinés à supporter les plaques (21 )de gel d'analyse (22).
11 - Dispositif selon la revendication 10 caractérisé en ce que chaque doigt (81 ,82) est pourvu à sa face supérieure d'une fente longitudinale (84) dans laquelle est insérée un système de ventousage par vide.
12 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11 caractérisé en ce qu'il comporte, sur la surface de travail (3), une station de lavage (100) de l'outil de prélèvement (73) vers laquelle le robot manipulateur (30) est susceptible de se déplacer automatiquement au cours de son cycle de travail après chaque prélèvement d'échantillon (13).
13 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12 caractérisé en ce qu'il comporte une station de lavage (100) formée d'un bloc (101 ) pourvu de cônes de réception (102) d'aiguilles (91 ) de l'outil de prélèvement (73), et de conduits d'évacuation (103) du fluide de lavage, ledit bloc étant relié à un organe d'aspiration et de refoulement du fluide.
14 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13 caractérisé en ce qu'il comporte au moins une, et de préférence, deux stations d'électrophorèse (60), disposée(s) sur la surface de travail (3), vers là où lesquelle(s) le robot manipulateur (30) est susceptible de se déplacer automatiquement au cours de son cycle de travail après chaque cycle de dépose des volumes unitaires dans ou sur la plaque (21 )de gel d'analyse pour y placer chaque plaque (21 )de gel d'analyse ainsi préparée. 15 - Dispositif selon la revendication 14 caractérisé en ce que chaque station d'électrophorèse (60) est formée par un boîtier (61 ) définissant intérieurement une série de niches (63) superposées comportant une sole thermostatée (62) destinée à supporter une plaque (21 ) de gel d'analyse préparée. 16 - Dispositif selon les revendications 14 ou 15 caractérisé en ce que chaque station d'électrophorèse (60) comporte une série d'électrodes (65) dont la position est variable et commandée par un système de contrôle (67) de leur position entre au moins une position de contact avec le gel d'analyse (22) et au moins une position hors contact. 17 - Dispositif selon les revendications 19 et 20 caractérisé en ce que chaque niche (63) comporte une paire d'électrodes (65) reliée de manière individuelle à une source d'alimentation électrique, le système de contrôle (67) comprenant un organe d'actionnement, de préférence en vérin pneumatique, agissant sur et commandant le déplacement vertical d'un ensemble de crémaillères (66).
18 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 17 caractérisé en ce qu'il est associé à une station d'analyse (110) du résultat du traitement des échantillons (13) soumis à l'électrophorèse, ladite station comportant un moyen d'enregistrement visuel (115), de préférence une caméra, de la migration créée par électrophorèse sur chaque plaque (21 ) de gel d'analyse.
19 - Dispositif selon la revendication 18 caractérisé en ce que la station d'analyse (110) est réalisée sur un châssis autonome (111 ) comprenant une plate-forme de travail (112), une station d'approvisionnement (1 13) destinée à recevoir des étagères dans lesquelles sont empilées les plaques (21 ) de gel d'analyse ayant subies l'électrophorèse, un poste de prise d'image (120), étanche à la lumière, dans lequel est fixé le moyen d'enregistrement visuel (1 15), un second robot manipulateur (116) équipé d'un second outil de préhension (70) et apte à se déplacer entre la station d'approvisionnement (1 13) pour y saisir une plaque (21 ) de gel et le poste de prise d'image (120) pour y déposer ladite plaque, et un poste de visualisation (1 17) pour l'opérateur.
20 - Dispositif selon la revendication 19 caractérisé en ce que le robot manipulateur (1 16) est un robot à deux axes de mouvement, l'un pour pénétrer dans les étagères, l'autre pour incrémenter les différentes hauteurs des étagères, le second outil de préhension (70) comportant deux doigts (81 ,82) en U à position fixe.
21 - Dispositif selon l'une des revendications 19 ou 20 caractérisé en ce que le poste de prise d'image (1 14) est équipé d'un plan de pose à barres support, d'un système d'éclairage UV (121 ,122) disposé au-dessus du plan de pose, de préférence latéralement, et d'une caméra située à un niveau supérieur au système d'éclairage (121 ,122).
22 - Dispositif de pilotage d'un dispositif de manipulation et de préparation automatique d'échantillons conformes à l'une des revendications 1 à 21 comprenant :
- Un calculateur de pilotage du robot manipulateur,
- Un calculateur de commande de l'électrophorèse qui est l 'esclave du calculateur de pilotage, et, - Un calculateur de commande de l'analyse d'images.
23 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 22 caractérisé en ce que les plaques (21 ) de support des gels d'analyse (22) sont réalisées en verre noir. 24 - Procédé d'analyse automatique d'échantillons, de type biologique ou chimique, destinés à être manipulés, préparés puis implantés dans ou sur des gels d'analyse en vue de leur analyse ultérieure comprenant les étapes suivantes : a) on assure le prélèvement d'une série d'échantillons par un automate, à partir d'une série de micro-plaques, b) et on transfère, puis dépose par un automate, lesdits échantillons prélevés, sur ou dans la surface d'un support recouvert d'un gel d'analyse, caractérisé en ce qu'il consiste préalablement à l'étape a), à faire réaliser, par le même automate une étape c), comprenant la préparation mécanique de la surface du gel d'analyse.
25 - Procédé selon la revendication 24 caractérisé en ce qu'il consiste à l'aide du même automate, à faire réaliser le cycle de travail suivant : - Extraire une plaque recouverte d'un gel d'analyse à partir d'une étagère,
- Transporter cette plaque à un poste de travail,
- Réaliser la préparation mécanique de la surface du gel d'analyse, par exemple en y formant une pluralité de puits, - Prélever simultanément une série d'échantillons à partir du microplaques, par exemple par pipetage,
- Assurer, après chaque prélèvement, le lavage des outils de préhension,
- Déposer la série d'échantillons prélevés aux endroits préétablis réalisés lors de l'étape c).
26 - Procédé selon la revendication 25 caractérisé en ce qu'il consiste en outre :
- A transporter les plaques avec les échantillons déposés, à une station de traitement, par exemple une station d'électrophorèse, - Puis, après traitement, à reprendre les plaques, les transporter et les replacer dans l'étagère.
27 - Procédé selon la revendication 25 ou 26 caractérisé en ce qu'il consiste à transporter les plaques avec les échantillons déposés, de préférence après traitement, à une station de visualisation du résultat de traitement.
28 - Procédé selon la revendication 27 caractérisé en ce que l'étape de transport consiste à transporter l'étagère contenant les gels d'analyse avec les échantillons déposés, après l'étape de traitement, de préférence par électrophorèse, vers et à la station de visualisation du résultat du traitement.
29 - Procédé selon la revendication 27 ou 28 caractérisé en ce qu'il consiste dans la station de visualisation :
- à l'aide d'un second automate, à extraire successivement chaque plaque traitée de l'étagère, et à les transporter et déposer à un poste de prise d'image
- puis à prendre, à l'aide d'une caméra, un cliché pour obtenir une image du résultat du traitement,
- à replacer la plaque dans l'étagère après prise de cliché, - et à recommencer l'opération jusqu'à l'extraction de la dernière plaque.
30 - Procédé selon l'une des revendications 30 à 32 caractérisé en ce qu'il comporte une étape de vérification de l'identification et de l'origine des gels d'analyse avec les échantillons déposés, ladite origine étant repérable sur chaque cliché.
31 - Procédé selon la revendication 30 caractérisé en ce que l'étape de vérification consiste, après avoir préalablement d'une part enregistré, par exemple à l'aide d'une caméra, un couple d'images d'identification comprenant une identification du marquage des gels d'analyse après dépôt des échantillons, et d'autre part, stocké dans un fichier, par exemple par concaténage le couple d'images ainsi obtenu :
- à décoder lors de la prise du cliché, le marquage du gel d'analyse pour vérifier à l'aide du fichier, la correspondance avec le couple de données préalablement enregistré en vue de détecter une éventuelle erreur de manipulation.
32 - Procédé selon la revendication 31 caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser un marquage manuscrit pour l'identification des microplaques contenant les échantillons.
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