WO2003075017A1 - Method for analyzing a molecule comprising a support for molecules and a receiving chamber - Google Patents

Method for analyzing a molecule comprising a support for molecules and a receiving chamber Download PDF

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WO2003075017A1
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Antonios Vekris
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    • G01N2035/00158Elements containing microarrays, i.e. "biochip"

Definitions

  • the present invention relates to devices for analyzing biological compounds.
  • DNA chips make it possible to measure and visualize very quickly the differences in expression between genes, and this on the scale of a complete genome. If the implementation of the technique is quite complicated, its principle is very simple. This technique consists of placing on a surface of a few millimeters or square centimeters several hundred DNA sequences specific to a given organism generally obtained by RT-PCR (Real Time Polymerase Chain Reaction, namely real-time PCR) and called probes. These fragments are brought into contact with a population of DNA strands whose composition we wish to know.
  • RT-PCR Real Time Polymerase Chain Reaction, namely real-time PCR
  • the possible hybridization between a probe and the studied DNA is then observed, and indicates the presence or absence of expression of a gene, in the case of use of complementary DNA resulting from the retrotranscription of RNA m, or of the organism sought in the case of use of DNA extracted from a biological sample within which a pathogen is sought.
  • macromolecules can also be attached and such supports used to determine the presence of ligands of said macromolecules in studied samples (in particular blood, urine, or any other biological fluid).
  • DNA chips have a major advantage over conventional methods of hybridization: thanks to miniaturization techniques, they allow the simultaneous hybridization of a considerable number of probes on a total useful surface area of less than 1 cm 2 .
  • the supports on which the probes are fixed are in the form of flat or porous surfaces (naturally or pierced with wells) composed of materials such as:
  • the small glass plate, substrate of the chip can in particular be covered with a grid of PTFE (which determines hydrophilic and hydrophobic zones),
  • metals in particular gold and platinum.
  • the support chosen it can be treated to form a dense and regular network of microsurfaces and on each of these is grafted a synthetic DNA probe.
  • the transfer of these probes on the chip can be done by means of micropipettes, microdots, by devices of inkjet type or by electrochemical addressing. In the latter case, the chip is composed of a silicon support covered, at each pad, with a gold mini-electrode. Each probe joins a specific pad when the mini-electrodes are energized selectively.
  • In situ synthesis in this case, the construction of the probes is done by depositing successive layers of the four bases of DNA on a glass support. It is a mask, the configuration of which varies with each deposition of a layer, which allows the bases to stack correctly.
  • each probe The role of each probe is to recognize, in a mixture applied to the surface of the biochip, a DNA sequence. Generally this sequence is amplified by PCR then labeled with fluorescence, prepared in solution and brought into contact with the biochip.
  • marking methods can be used. There are generally three families: a) optical, namely chemiluminescent, fluorophores, chromophores, b) radioactive and c) electromagnetic.
  • the hybridization phase is carried out in an incubator (fluidic station) and is followed by washing intended to rid the chip of the non-hybridized nucleic targets. It makes it possible to determine which probe has paired the DNA sequence analyzed.
  • DNA chips proteins and other microsystems (also called micro-arrays) are multiple, and cover several fields:
  • Sequencing by hybridization is different from the enzymatic method (Sanger method), which can to be considered as a spelling of the sequence, that is to say a reading base by base.
  • the SPH proceeds by reading small blocks.
  • the analysis relates to overlapping sub-sequences which are read and reassembled using a computer program which reconstructs the studied sequence.
  • Biochip sequencing is an interesting and more precise alternative to the classic sequencing method in terms of automation and reduction of costs and execution times.
  • Biochips can therefore contribute to the identification of therapeutic targets for pharmaceutical research. They can also be used to determine the antibiotic resistance of certain microbial strains to help better fight against them.
  • Pharmacogenetics consists of identifying the alleles involved in the efficacy (or ineffectiveness) of a product, or its undesirable effects. It leads to a better understanding of the mechanisms of action of drugs. By showing that a molecule has a variable action on a target, the biochip opens up the field of therapeutic potentials. It also makes it possible to identify the side effects of a product and, during clinical trials, to make measurements of toxicity. This is based on the slight differences that may exist in the genomic sequence between different individuals.
  • Biochips can carry the specific determinants of several agents and thus allow rapid and precise identification. This also makes it possible to define the subtypes of the infectious agents, which is an advantage for the quality of the treatment to be provided.
  • Agri-food for example the monitoring of bacteria producing lactic ferments, or the detection of sequences from genetically modified organisms in seeds.
  • the bacteriological or chemical threat by determining in advance the modifications of the genetic functioning of the immune cells caused by toxic agents, one can quickly identify the chemical products (mercury, dioxin ”) or bacteriological (anthrax or diphtheria bacillus ”) disseminated by a possible attacker.
  • the receptor theory postulates that it is the union of the drug molecule with a macromolecule (a protein in general) which is at the origin of the pharmacodynamic effect and more generally of the therapeutic response. This union is highly specific, only a few privileged molecules are capable of it.
  • the drug is said to be like "the key in the lock”.
  • the test consists in bringing together the substance to be tested and a biochemical system (an enzyme for example) and measuring the importance of the possible reaction.
  • the test can be done simultaneously with a large number of very different systems of meanings. In fact, everything is miniaturized and automated and all operations take place without human intervention.
  • a high-throughput screening is then carried out, consisting in identifying the active molecules by contacting the biological target.
  • targets can for example be proteins whose implication in a particular pathological process has been identified experimentally.
  • High-throughput screening is characterized by the use of robots capable of managing simultaneously large numbers of microplates, easy to handle and store, where thousands of tests are performed per day.
  • High-throughput screening is the result of advances in robotics. It is based on systems capable of performing independent sequential tasks such as dilution, pipetting and distribution of compounds in wells or wells, agitation, incubation and reading of the results. They are controlled by software specifically adapted to the type of analysis to be performed. The tests are carried out in standard microplates identified by a bar code and manipulated by the "hand" of a robot: this takes the empty plate, adds the necessary reagents and the compounds to be tested, manages the reaction time then pass the plate to a reader to know the result. To visualize the reactions resulting from the contact, in the wells, of the molecule and the target, methods based on radioactivity or, very often, fluorescence are used. These results are stored and analyzed using computers.
  • the present invention proposes to meet the needs thus demonstrated by providing a device making it possible to carry out studies of binding of compounds on a large scale, by increasing the speed and reducing the operating costs.
  • This system can be easily automated and can be implemented for all the uses set out above.
  • a device for analyzing a molecule comprising:
  • a support capable of carrying at least one molecule attached to the support; and a chamber capable of containing a liquid by bringing the liquid into contact with the support, the chamber being arranged to be rigidly fixed to the support.
  • the molecule to be analyzed in general an organic molecule, or even an organic macromolecule, to be fixed either to the support for bringing into contact with one or more molecules contained in the liquid, or on the contrary contained initially in the liquid for bringing into contact with one or more molecules initially attached to the support.
  • the support has at least two zones capable of carrying molecules fixed to the zones, the device comprising at least two chambers capable of containing two respective liquids by bringing the liquids into contact with the respective zones, the chambers being arranged to be rigidly fixed to the support;
  • the support comprises a base and support elements each forming one of the zones and able to be fixed to the base; the support elements have a disc shape; it comprises a frame, the support being mounted movable relative to the frame, for example movable in rotation relative to the frame, in particular around an axis of horizontal rotation and / or perpendicular to a thickness of the support;
  • the support has a disc shape;
  • the or each chamber has a shape with symmetry of revolution around a main axis of the chamber; the or each chamber is permanently fixed to the support; the or each chamber is mounted movable relative to the support;
  • a compartmentalization member capable of being brought into contact with the support in a removable manner; it comprises a frame, the compartmentalization member and the support being arranged to be received in the frame while being movable relative to each other;
  • - It comprises a frame having an enclosure capable of receiving the support and means for introducing a liquid into the enclosure and / or extracting a liquid from the enclosure;
  • the or each room includes an orifice; the orifice is obstructed by a compressible element capable of being crossed by a needle so that it opens into the chamber; it includes means for analyzing an interaction of the or each molecule attached to the support with a molecule present in the liquid; the interaction includes a bond between molecules; the analysis means are arranged to be sensitive to radiation resulting from the interaction;
  • the molecules are nucleic acids, proteins, peptides or any other molecule capable of interacting with biological compounds; and it is arranged so that the molecule to be analyzed is in the liquid before bringing the liquid into contact with the support so that it interacts with the molecule attached to the support.
  • a method of analyzing a molecule comprising the steps consisting in:
  • the molecule to be analyzed is found in the liquid before the liquid is brought into contact with the support.
  • FIGS. 1 and 2 are two partial views in axial section of a device according to the invention in two different operating configurations;
  • FIG. 5 is a partial view in axial section of a part of the device of Figure 1 showing the introduction of a sample into a chamber;
  • FIG. 6 is a sectional view of the device of Figure 1 along a plane perpendicular to the axis of rotation, showing the fluid circulation conduits in the enclosure;
  • Figure 7 is a view similar to Figure 2 showing an alternative embodiment of the device.
  • FIGS. 1 and 2 illustrate a preferred embodiment of the device for analyzing a macromolecule according to the invention. It could for example be, as explained above, a device for the analysis of a genome.
  • the device 2 comprises a frame 4 defining within it a closed enclosure 6.
  • the device also comprises a support 8 as well as a compartmentalization member 10, both of which are here essentially planar.
  • the support 8 and the member 10 each have a disc shape here and have substantially the same diameter. They are intended to be arranged concentrically with the same axis 12. Taking into account this disc shape which these two members have in the present example, we will call them in the following respectively “probe-carrying disc” and “compartmenting disc ".
  • the probe carrier disc 8 comprises a base 14 in the form of a flat disc.
  • the DPS also comprises several support elements 16 each having in this case a form of flat disc.
  • the radius of these discs 16 is much smaller than the radius of the base 14 knowing that the support elements 16 are intended to be fixed next to each other on the same end face 18 of the base 14.
  • the radius of the support elements 16 will vary depending on the number of elements that one wishes to have simultaneously on the face 18. There is thus illustrated in FIG. 3 a possible embodiment in which the face 18 carries four support elements 16 while FIG. 4 presents an example in which this face carries eighteen support elements 16.
  • the number and the dimensions of the support elements 16 being determined they can be arranged in different ways on the face 18. They can for example be arranged in a rectangular matrix as is the case in FIG. 3. Such a arrangement facilitates the handling and location of the support elements by robotic means. Alternatively, the support elements 16 may be arranged so that their centers form concentric circles around the axis 12 as is the case in FIG. 4. This arrangement generally makes it possible to occupy most of the face 18 of the base 14.
  • the support elements 16 are attached to the base 14 to be rigidly fixed thereto. In the present example, they each have, on their face 19 remaining free, test macromolecules or probes 20 intended to interact with macromolecules present in the liquid sample to be analyzed as will be seen below.
  • the macromolecules 20, represented by a point on one of the discs of FIG. 3, are arranged annularly on the face 19 of the support elements with reference to the axis 22 of these, thus leaving unoccupied a central area of the disc.
  • the entire surface 19 to be covered by the macromolecules 20 are arranged on the face 19 prior to the fixing of the support elements 16 on the base 14. This arrangement is carried out according to conventional techniques known in themselves and which will not be detailed here.
  • the base 14 as well as each of the support elements 16 are produced according to a conventional technology such as that of compact discs (CDs), DVDs ⁇ digi tal versa tile disc), etc. allowing the coding of a signal and its reading by suitable means.
  • CD type discs have the advantage of withstanding high temperatures due to their polycarbonate construction. In addition, they carry addressing signals allowing the location of the probes 20.
  • the compartmentalization disc (DC) 10 has a face 24 intended to extend opposite the face 18 of the DPS, concentrically with the latter.
  • the face 24 of the DC has chambers 26 equal in number to the number of support elements 16 and arranged in a homologous manner at the disposal of the support elements so as to extend respectively opposite and in correspondence with them.
  • Each chamber 26 has in this case a cylindrical shape coaxial with the axis 22 of the corresponding support element.
  • the section of the chamber 26 in a plane perpendicular to the axis 22 has a circular shape.
  • FIG. 1 illustrates a configuration of the DC and DPS in which these are distant from each other while Figure 2 illustrates a configuration in which they are in contact with each other.
  • each chamber 26 is closed on the side of the face 24 by the corresponding support element, the macromolecules 20 thus extending into the chamber 26.
  • the chamber 26 is open from the side of the face 24 taking account of the distance from the support elements 16.
  • Sealing means are provided at each chamber 26, for example in the form of a seal 30, to ensure a sealed closure of the chamber 26 on the side of the face 24 by the corresponding support element 16.
  • each chamber 26 is closed by the wall of the compartmenting disc 10. However, it has on the one hand a cylindrical opening 32 closed by a compressible element 34, for example made of elastomer as illustrated in Figure 5.
  • a second opening 36 intended as will be seen later to avoid overpressure inside the chamber. This opening has sufficiently small dimensions to allow an outlet of gas out of the chamber while preventing an outlet of liquid through this same opening.
  • This second opening 36 will preferably be arranged near the axis 22 of the chamber, or even on this axis.
  • the frame 4 is dimensioned to receive in the enclosure 6 the DC 10 as well as the DPS 8 both in the open position as in FIG. 1 and in the closed position as in FIG. 2.
  • the device comprises mounting means making it possible to keep them facing each other and guide their movement relative to each other so that they can switch to inside the enclosure 6 from one to the other of the two positions.
  • the device comprises drive means 38 making it possible to set the assembly constituted by the two discs in rotation about their common axis 12.
  • These drive means will preferably be arranged to cooperate electromagnetically with elements 40 arranged in the discs to drive them into the enclosure 6 without contact through the wall of the frame.
  • the device also includes means 42 for analyzing a possible interaction or the absence of interaction between one of the macromolecules 20 and a macromolecule present in the sample to be analyzed.
  • the analysis means may be sensitive to a signal resulting from the interaction, this signal possibly being of an optical, electromagnetic or radioactive order for example. This reading can be done through a window in one of the walls of the frame. However, preferably, it will be ensured that the material or materials of the frame, of the DC 10 and of the DPS 8 are transparent to the analysis signal so as not to disturb it.
  • the analysis means 42 can read along a line 44 extending radially with reference to the axis 12 as illustrated in FIG. 6. It could for example be provided for the reading means 42 to have a movable reading head along this line 44.
  • the frame 4 also includes means for introducing a fluid such as a liquid into the enclosure 6, extracting it, or still put it into circulation in the enclosure.
  • a fluid such as a liquid
  • These means include in particular conduits 46 opening about halfway up the enclosure or even in the lower part thereof to facilitate the evacuation of a liquid from the enclosure.
  • the enclosure may also have an upper opening 48 making it possible to avoid overpressures in the enclosure or allowing the evacuation of an air bubble when the enclosure must be completely filled with a liquid.
  • These means are also arranged in a known and non-detailed manner to allow, if necessary, to introduce or extract different types of liquids into the enclosure.
  • the operator first installs the macromolecules 20 on the face 19 of the support elements 16. He then fixes the support elements on the base 14. Then the operator attaches the compartmentalization disc 10 to the probe-holder disc 8 thus formed so as to close the chambers 26.
  • Each sample may include, for example, a population of DNA fragments to be analyzed corresponding to one or more genomes.
  • the present invention has the advantage that several analyzes which are different from each other can be carried out simultaneously. Thus, several samples can be analyzed simultaneously according to identical methods. In addition, analyzes obeying different execution methods can be carried out simultaneously. For example, in one of the rooms 26, one can carry out an HIV search while another of the rooms will be used at the same time for a typing of EBV (Epstein Bar Virus), other rooms being moreover devoted to a search for Chlamydiae or to a typing of the CF (Cystic Fibrosis) gene.
  • EBV Epstein Bar Virus
  • each sample 52 into the chamber 26 by means of a syringe by piercing the element 34 with the needle 50 of the syringe.
  • the latter opening into the chamber 26, the sample 52 to be analyzed can be introduced into the latter as illustrated in FIG. 5.
  • each chamber 26 forms a mini-reactor. This introduction can be done while the two adjoining discs extend horizontally with their common axis 12 vertical on a suitable plane support.
  • the two discs are then introduced into the frame 4 as illustrated in FIG. 2 and the latter is closed in a suitable manner.
  • the discs are then vertical with their horizontal axis 12.
  • the means 38 are actuated to put the two discs forming a rigid assembly in rotation about the axis 12.
  • the quantity of sample 52 introduced into each chamber 26 is much less than the total volume of the chamber so that the upper level 54 of the sample does not extend to the axis 22 of the chamber.
  • the sample 52 remains in the lower part of the chamber during the rotation. It is therefore in contact with the corresponding zone of the support element 16. Taking into account the rotation, the sample travels most of the chamber and comes into contact with all of the macromolecules arranged on the support element.
  • the temperature can possibly be adjusted and varied over time if necessary to promote such or such reaction between the sample 52 and the probes 20, for example if one seeks to carry out a hybridization.
  • the temperature is adjusted so that the reaction is blocked.
  • the entire enclosure 6 is then filled with a washing liquid having a composition suitable for promoting the cessation of the various reactions and for avoiding cross-reactions.
  • the partitioning disc is then separated from the probe-carrying disc by moving them away from one another to replace them in the configuration of FIG. 1 still inside the enclosure 6 and without interrupting their rotational movement. Under these conditions, the integrity of the mini-reactors formed by the chambers 26 is broken so that the individual samples 52 are mixed in the washing liquid.
  • the level of the washing liquid should be such that the entire surface of the probe carrier disc is immersed in the liquid at one time or another during the rotation.
  • the washing liquid will preferably be supplied in a continuous flow to optimize the dissolution of the residual reactants and facilitate their rapid elimination from the reactor.
  • the results of the analysis can be read using the means 42 which detect suitable radiation resulting from the interaction of each macromolecule 20 with one of the compounds present in the corresponding sample or which detect the absence of such interaction.
  • FIG. 7 illustrates an alternative embodiment of the device of the invention.
  • elements similar to those of FIG. 1 bear numerical references increased by 100.
  • the configuration in this case only varies for the compartmentalization disk 10 and the probe-carrier disk 8.
  • the DPS 108 and the DC 110 are rigidly fixed to each other and are not intended to be made movable relative to each other. In addition, they are constituted by a superposition of sheets.
  • the DPS is constituted in this case by a simple sheet 108.
  • a second sheet 111 is attached to the latter and has cavities forming the chambers 126.
  • a third sheet 113 covers the second sheet.
  • the sheets 108 and 113 close off each chamber 126 at its two axial ends by sandwiching the sheet 111 interposed therebetween.
  • the sheet 113 has the openings 32 allowing the introduction of the samples into the chambers 26.
  • a fourth sheet 115 covers the third sheet on the side opposite to the second sheet in order to close these openings.
  • the sheets 111, 113 and 115 form the DC 110 while the sheet 108 constitutes the DPS 108.
  • the fourth sheet 115 is initially separated from the first three which are supplied to the operator while already being attached to each other.
  • the operator fills the chambers 126 with the samples 52 having previously arranged the assembly horizontally. It then closes the openings 32 with the fourth sheet 115 by fixing the latter to the assembly. He finally introduces this assembly into the frame and performs the analysis as mentioned above.
  • This alternative embodiment is suitable for situations in which it is not necessary to carry out a washing to carry out the analysis. This is for example the case when the reaction product allows the emission of a fluorescence signal indicating its formation or on the contrary inhibits the emission of fluorescence. Moreover, in this variant, it will generally not be necessary to have the DC-DPS assembly in a particular enclosure 6, washing being often unnecessary. Only the training means and the incubation means can be useful.
  • An advantage of the invention is that it makes it possible to analyze a large number of samples simultaneously.
  • the invention has the advantage of making the flow of the analysis relatively simple by reducing the manipulation of the test macromolecules and samples. In particular, these do not need to be handled during analysis.
  • the compound present in the liquid will preferably be labeled in order to be able to detect its presence at a precise point on the support corresponding to a given probe, which provides information on the bond existing between the two molecules.
  • the binding kinetics can then be studied as a function of the intensity of the signal read at a given position.
  • the probes 20 can also be marked on the support 8 so that a signal is emitted when a compound binds to the probe.
  • the macromolecules 20 or probes are placed directly on the base 14 without using elements of intermediate support 16.
  • the use of the latter introduces more flexibility in the programming of the various analyzes.
  • the user will be able to have stocks of the various support elements 16 associated respectively with conventional analyzes which can be used on demand according to current needs.
  • each sample 52 may occupy the entire volume of the associated chamber 26 or at least a sufficient portion of it so that it completely covers the probes.
  • rotation of the DPS is not necessary during the reaction and provision may be made for the compartmenting disc to be coincident with one of the walls of the frame 4. Under these conditions, only the probe-carrying disc would be movable relative to the frame to allow it to move away from the compartmenting disc and promote washing.
  • the device can be placed horizontally, i.e. with its vertical axis 12 during the period of reaction of the samples on the probes, and then be placed vertically just before separation discs and the washes that follow.
  • each chamber 26 does not contain a sample
  • this requires increasing the possibilities of movement of the reading means 42 relative to the disc.
  • the shape of the support elements 16 can be modified, which will not necessarily have a circular shape.
  • the device may include a single enclosure 26.
  • the probes may be initially contained in the liquid sample while the or the molecules to be analyzed will initially be attached to the support.

Abstract

The invention concerns a method for analyzing a molecule, comprising: a support (8) for bearing at least one molecule fixed to the support and a chamber (26) for holding a liquid (52) while contacting the liquid with the support. The chamber is designed to be rigidly fixed to the support.

Description

DISPOSITIF D ' ANALYSE DE MOLECULES COMPRENANT UN SUPPORT ET UNE CHAMBRE DE RECEP TIONMOLECULE ANALYSIS DEVICE COMPRISING A SUPPORT AND A RECEPTION CHAMBER
La présente invention se rapporte à des dispositifs d'analyse de composés biologiques.The present invention relates to devices for analyzing biological compounds.
Les puces à ADN permettent de mesurer et de visualiser très rapidement les différences d'expression entre des gènes et ceci à l'échelle d'un génome complet. Si la mise en œuvre de la technique est assez compliquée, son principe est très simple. Cette technique consiste à placer sur une surface de quelques millimètres ou centimètres carrés plusieurs centaines de séquences d'ADN spécifiques d'un organisme donné généralement obtenues par RT-PCR { Real Time Polymerase Chain Reaction, à savoir PCR en temps réel) et appelées des sondes. On met ces fragments en contact avec une population de brins d'ADN dont on souhaite connaître la composition. L'hybridation éventuelle entre une sonde et de l'ADN étudié est alors observée, et indique la présence ou l'absence d'expression d'un gène, dans le cas d'utilisation d'ADN complémentaires issus de la retrotranscription d'ARN m, ou de l'organisme recherché dans le cas d'utilisation d'ADN extrait d'un échantillon biologique au sein du quel on recherche un pathogène.DNA chips make it possible to measure and visualize very quickly the differences in expression between genes, and this on the scale of a complete genome. If the implementation of the technique is quite complicated, its principle is very simple. This technique consists of placing on a surface of a few millimeters or square centimeters several hundred DNA sequences specific to a given organism generally obtained by RT-PCR (Real Time Polymerase Chain Reaction, namely real-time PCR) and called probes. These fragments are brought into contact with a population of DNA strands whose composition we wish to know. The possible hybridization between a probe and the studied DNA is then observed, and indicates the presence or absence of expression of a gene, in the case of use of complementary DNA resulting from the retrotranscription of RNA m, or of the organism sought in the case of use of DNA extracted from a biological sample within which a pathogen is sought.
On peut également développer des puces à protéines sur lesquelles on fixe par exemple des anticorps ou des antigènes et l'on détecte, dans l'échantillon biologique, la présence de, respectivement, l'antigène ou l'anticorps complémentaire.It is also possible to develop protein chips on which antibodies or antigens are fixed, for example, and the presence of, respectively, the antigen or the complementary antibody is detected in the biological sample.
On peut également fixer d' autres macromolécules et utiliser de tels supports pour déterminer la présence de ligands desdites macromolécules dans des échantillons étudiés (notamment le sang, l'urine, ou tout autre fluide biologique) .Other macromolecules can also be attached and such supports used to determine the presence of ligands of said macromolecules in studied samples (in particular blood, urine, or any other biological fluid).
Les puces à ADN présentent, par rapport aux méthodes classiques d'hybridation un avantage majeur : grâce aux techniques de miniaturisation, elles permettent l'hybridation simultanée d'un nombre de sondes considérable sur une surface totale utile inférieure à 1 cm2. Les supports sur lesquels sont fixées les sondes se présentent sous la forme de surfaces planes ou poreuses (naturellement ou percées de puits) composées de matériaux tels que :DNA chips have a major advantage over conventional methods of hybridization: thanks to miniaturization techniques, they allow the simultaneous hybridization of a considerable number of probes on a total useful surface area of less than 1 cm 2 . The supports on which the probes are fixed are in the form of flat or porous surfaces (naturally or pierced with wells) composed of materials such as:
- le verre, matériau peu onéreux, inerte et mécaniquement stable. La petite plaque de verre, substrat de la puce, peut notamment être recouverte d'une grille de PTFE (qui détermine des zones hydrophiles et hydrophobes) ,- glass, an inexpensive, inert and mechanically stable material. The small glass plate, substrate of the chip, can in particular be covered with a grid of PTFE (which determines hydrophilic and hydrophobic zones),
- les polymères qui sont à la base d'autres techniques, et plus précisément le polypyrrole, le polypropylène, le polycarbonate...- polymers which are the basis of other techniques, and more specifically polypyrrole, polypropylene, polycarbonate ...
- le silicium, couramment utilisé pour la fabrication des puces électroniques à cause de ses propriétés semi-conductrices; et- silicon, commonly used for the manufacture of electronic chips because of its semiconductor properties; and
- les métaux, notamment l'or et le platine.- metals, in particular gold and platinum.
Quel que soit le support choisi, il peut être traité pour former un réseau dense et régulier de microsurfaces et sur chacune de celles-ci est greffée une sonde d'ADN synthétique. A cette fin, il existe deux méthodes : le transfert de brins d'ADN obtenu par biosynthèse ou synthèse chimique ou sa synthèse chimique in situ. La synthèse préalable à la fixation des sondes permet de fixer des sondes relativement longues, dépassant 40 nucléotides. Le transfert de ces sondes sur la puce peut se faire au moyen de micropipettes, de micropointes, par des dispositifs de type jet d'encre ou par adressage électrochimique . Dans ce dernier cas, la puce est composée d'un support en silicium recouvert, à chaque plot, d'une mini-électrode en or. Chaque sonde rejoint un plot particulier lorsque les mini-électrodes sont mises sous tension sélective.Whatever the support chosen, it can be treated to form a dense and regular network of microsurfaces and on each of these is grafted a synthetic DNA probe. To this end, there are two methods: the transfer of DNA strands obtained by biosynthesis or chemical synthesis or its chemical synthesis in situ. The synthesis prior to the attachment of the probes makes it possible to attach relatively long probes, exceeding 40 nucleotides. The transfer of these probes on the chip can be done by means of micropipettes, microdots, by devices of inkjet type or by electrochemical addressing. In the latter case, the chip is composed of a silicon support covered, at each pad, with a gold mini-electrode. Each probe joins a specific pad when the mini-electrodes are energized selectively.
La synthèse in situ : dans ce cas, la construction des sondes se fait par dépôt de couches successives des quatre bases de l'ADN sur un support en verre. C'est un masque, dont la configuration varie à chaque dépôt d'une couche, qui permet aux bases de s'empiler correctement.In situ synthesis: in this case, the construction of the probes is done by depositing successive layers of the four bases of DNA on a glass support. It is a mask, the configuration of which varies with each deposition of a layer, which allows the bases to stack correctly.
Le rôle de chaque sonde est de reconnaître, dans un mélange appliqué à la surface de la biopuce, une séquence d'ADN. Généralement cette séquence est amplifiée par PCR puis marquée par fluorescence, préparée en solution et mise en contact avec la biopuce.The role of each probe is to recognize, in a mixture applied to the surface of the biochip, a DNA sequence. Generally this sequence is amplified by PCR then labeled with fluorescence, prepared in solution and brought into contact with the biochip.
D'autres méthodes de marquages peuvent être utilisées. On distingue généralement trois familles : a) optiques, à savoir chimioluminescents, fluorophores, chromophores, b) radioactifs et c) électromagnétiques.Other marking methods can be used. There are generally three families: a) optical, namely chemiluminescent, fluorophores, chromophores, b) radioactive and c) electromagnetic.
La phase d'hybridation est réalisée dans un incubateur (station fluidique) et est suivie d'un lavage destiné à débarrasser la puce des cibles nucléiques non hybridées. Elle permet de déterminer à quelle sonde s'est appariée la séquence d'ADN analysée.The hybridization phase is carried out in an incubator (fluidic station) and is followed by washing intended to rid the chip of the non-hybridized nucleic targets. It makes it possible to determine which probe has paired the DNA sequence analyzed.
La plupart des procédés reposent sur l'utilisation d'un scanner qui permet de repérer les sondes d'ADN devenues fluorescentes, c'est-à-dire ayant donné lieu à une hybridation. D'autres procédés se fondent sur les modifications des charges électriques du support en silicium où sont fixées les sondes, ou sur la différence de conductivité observée après appariement. La mesure de ces modifications permet de repérer les associations spécifiques entre les sondes et l'ADN cible.Most of the methods are based on the use of a scanner which makes it possible to identify DNA probes which have become fluorescent, that is to say which have given rise to hybridization. Other methods are based on the modifications of the electric charges of the silicon support where the probes are fixed, or on the difference in conductivity observed after pairing. The measurement of these modifications makes it possible to identify the specific associations between the probes and the target DNA.
Les possibilités d'utilisation des puces à ADN , protéines et autres microsystèmes (aussi appelés micro- arrays) sont multiples, et couvrent plusieurs domaines :The possibilities of using DNA chips, proteins and other microsystems (also called micro-arrays) are multiple, and cover several fields:
- le diagnostic, notamment les imrnunoessais (hormone, cancer) , domaine de la microbiologie (détection de l'ADN de pathogènes ou de complexe antigène/anticorps) , facteurs aggravants cardio- vasculaires...- diagnosis, in particular immunoassays (hormone, cancer), field of microbiology (detection of the DNA of pathogens or of antigen / antibody complex), aggravating cardiovascular factors ...
- la pharmacie, notamment le criblage de produits (étude de la liaison de composés avec leurs cibles), la mise au point de médicaments (étude des effets sur l'expression de certains gènes), la pharmacogénomique (étude des variations génomiques, ponctuelles ou non, entre individus)...- pharmacy, in particular the screening of products (study of the binding of compounds with their targets), the development of drugs (study of the effects on the expression of certain genes), pharmacogenomics (study of genomic, specific or no, between individuals) ...
- la recherche, avec des possibilités de séquençage et analyse de séquences, tri moléculaire, étude simplifiée des différentes voies métaboliques...- research, with sequencing and sequence analysis possibilities, molecular sorting, simplified study of the different metabolic pathways ...
- l' agroalimentaire, notamment la classification de produits, l'étude de l'origine de certains ingrédients, l'étude et la caractérisation des contaminations...- the food industry, in particular the classification of products, the study of the origin of certain ingredients, the study and characterization of contamination ...
- l'environnement, notamment- l'étude des contaminations microbiologiques, des polluants, des plantes...- the environment, in particular - the study of microbiological contamination, pollutants, plants ...
Le séquençage par hybridation (SPH) est différent de la méthode enzymatique (méthode de Sanger) , qui peut être considérée comme une épellation de la séquence, c'est-à-dire une lecture base par base. Le SPH procède par lecture de petits blocs. L'analyse porte sur des sous-séquences chevauchantes qui sont lues et réassemblées au moyen d'un programme informatique qui reconstitue la séquence étudiée.Sequencing by hybridization (SPH) is different from the enzymatic method (Sanger method), which can to be considered as a spelling of the sequence, that is to say a reading base by base. The SPH proceeds by reading small blocks. The analysis relates to overlapping sub-sequences which are read and reassembled using a computer program which reconstructs the studied sequence.
Le séquençage par biopuces constitue une alternative intéressante et plus précise à la méthode classique du séquençage en termes d'automatisation et de réduction des coûts et des durées d'exécution.Biochip sequencing is an interesting and more precise alternative to the classic sequencing method in terms of automation and reduction of costs and execution times.
L'identification de cibles pour la recherche thérapeutique est effectuée par la compréhension plus fine du génome et de sa régulation apportée par les biopuces. Ainsi, grâce aux puces à ADN, ont été mis en évidence de nouveaux gènes s 'exprimant spécifiquement dans le tissu cérébral de l'enfant, ou apparaissant en association à des pathologies inflammatoires rhumatismales ou intestinales. Les biopuces peuvent donc contribuer à 1 ' identification de cibles thérapeutiques pour la recherche pharmaceutique. Elles peuvent aussi servir à déterminer la résistance aux antibiotiques de certaines souches microbiennes pour permettre de mieux lutter contre celles-ci.The identification of targets for therapeutic research is carried out by a better understanding of the genome and its regulation provided by biochips. Thus, thanks to DNA chips, new genes have been identified that express themselves specifically in the brain tissue of children, or appear in association with inflammatory rheumatic or intestinal pathologies. Biochips can therefore contribute to the identification of therapeutic targets for pharmaceutical research. They can also be used to determine the antibiotic resistance of certain microbial strains to help better fight against them.
La pharmacogénétique consiste à identifier les allèles impliqués dans l'efficacité (ou l'inefficacité) d'un produit, ou ses effets indésirables. Elle conduit à une meilleure compréhension des mécanismes d'action des médicaments. En montrant qu'une molécule a sur une cible une action variable, la biopuce ouvre le champ des potentiels thérapeutiques. Elle permet aussi d'identifier les effets secondaires d'un produit et, lors des essais cliniques, de faire des mesures de toxicité. Cela est fondé sur les légères différences pouvant exister dans la séquence génomique entre les différents individus.Pharmacogenetics consists of identifying the alleles involved in the efficacy (or ineffectiveness) of a product, or its undesirable effects. It leads to a better understanding of the mechanisms of action of drugs. By showing that a molecule has a variable action on a target, the biochip opens up the field of therapeutic potentials. It also makes it possible to identify the side effects of a product and, during clinical trials, to make measurements of toxicity. This is based on the slight differences that may exist in the genomic sequence between different individuals.
Le diagnostic des maladies infectieuses et génétiques s'effectue par analyse de la présence d'une séquence ou d'un antigène spécifique d'un agent infectieux donné. Les biopuces peuvent porter les déterminants spécifiques de plusieurs agents et permettre ainsi une identification rapide et précise. Cela permet également de définir les sous-types des agents infectieux, ce qui est un avantage pour la qualité du traitement à apporter.The diagnosis of infectious and genetic diseases is carried out by analysis of the presence of a specific sequence or antigen of a given infectious agent. Biochips can carry the specific determinants of several agents and thus allow rapid and precise identification. This also makes it possible to define the subtypes of the infectious agents, which is an advantage for the quality of the treatment to be provided.
En dehors du secteur médical, trois secteurs industriels non négligeables offrent des débouchés aux biopuces :Apart from the medical sector, three significant industrial sectors offer outlets for biochips:
- L' agro-alimentaire :par exemple le suivi des bactéries productrices de ferments lactiques, ou la détection des séquences provenant d'organismes génétiquement modifiés dans les semences.- Agri-food: for example the monitoring of bacteria producing lactic ferments, or the detection of sequences from genetically modified organisms in seeds.
- L'environnement : l'analyse bactérienne de l'eau de consommation, la détection des agents infectieux dans l'alimentation, l'air ou l'eau (Salmonella, Listeria, Legionnella) .- The environment: bacterial analysis of drinking water, detection of infectious agents in food, air or water (Salmonella, Listeria, Legionnella).
- La menace bactériologique ou chimique : en déterminant par avance les modifications du fonctionnement génétique des cellules immunitaires occasionnées par des agents toxiques, on peut identifier rapidement les produits chimiques (mercure, dioxine...) ou bactériologiques (bacille du charbon ou de la diphtérie...) disséminés par un éventuel agresseur.- The bacteriological or chemical threat: by determining in advance the modifications of the genetic functioning of the immune cells caused by toxic agents, one can quickly identify the chemical products (mercury, dioxin ...) or bacteriological (anthrax or diphtheria bacillus ...) disseminated by a possible attacker.
L'apparition de nouvelles technologies a bouleversé la recherche de nouveaux médicaments dans sa phase initiale. Celle-ci inclut tout d'abord la synthèse et l'isolement de nouvelles molécules, puis leur essai sur des systèmes biologiques permettant de présupposer un intérêt thérapeutique éventuel.The appearance of new technologies has upset the search for new drugs in its phase initial. This includes first the synthesis and isolation of new molecules, then their test on biological systems allowing to presuppose a possible therapeutic interest.
Trois approches ont profondément transformé cette recherche .Three approaches have profoundly transformed this research.
1. Les techniques conformationnelles1. Conformational techniques
La théorie des récepteurs postule que c'est l'union de la molécule de médicament avec une macromolécule (une protéine en général) qui est à l'origine de l'effet pharmacodynamique et plus généralement de la réponse thérapeutique. Cette union est fortement spécifique seules quelques molécules privilégiées en sont capables. On dit que le médicament est comme "la clé dans la serrure". On sait maintenant déterminer la conformation dans l'espace des protéines, notamment grâce à la radiocristallographie aux rayons X, donc celle des récepteurs. Dans certains cas, on peut donc prévoir quelles structures devront présenter les molécules pour pouvoir s'unir à eux, notamment à l'aide de la modélisation informatique (conception assistée par ordinateur) .The receptor theory postulates that it is the union of the drug molecule with a macromolecule (a protein in general) which is at the origin of the pharmacodynamic effect and more generally of the therapeutic response. This union is highly specific, only a few privileged molecules are capable of it. The drug is said to be like "the key in the lock". We now know how to determine the conformation in space of proteins, in particular thanks to X-ray radiocrystallography, and therefore that of receptors. In certain cases, it is therefore possible to predict which structures will have to present the molecules in order to be able to unite with them, in particular using computer modeling (computer-aided design).
Il est indispensable de connaître au départ le récepteur pertinent, c'est-à-dire d'avoir une hypothèse physio-pathologique et d'avoir été capable d'identifier et d'isoler la protéine qui le porte.It is essential to know at the outset the relevant receptor, that is to say to have a physiopathological hypothesis and to have been able to identify and isolate the protein which carries it.
2. La chimie combinatoire2. Combinatorial chemistry
Il est désormais possible de synthétiser en une seule opération plusieurs centaines de molécules. C'est ce que l'on appelle la chimie combinatoire. On part de la structure de base déterminée a priori comme il vient d'être dit et l'on génère systématiquement toutes les variations possibles en greffant des radicaux chimiques, des chaînes latérales, en modifiant le squelette, etc. Cela se fait non plus étape par étape, mais en mettant en présence les réactifs nécessaires. On obtient ainsi d'un seul coup plusieurs centaines de molécules. Toutes les opérations, synthèse, isolement et identification, sont miniaturisées et automatisées. Le gain de temps et l'abaissement des coûts sont considérables. On peut ainsi constituer une bibliothèque de plusieurs milliers de dérivés en quelques mois. 3. Le criblage à haut débitIt is now possible to synthesize several hundreds of molecules in a single operation. This is called combinatorial chemistry. We start from the basic structure determined a priori as just said and we systematically generate all the possible variations by grafting chemical radicals, side chains, modifying the skeleton, etc. This is no longer done step by step, but by bringing together the necessary reagents. Several hundred molecules are thus obtained in one go. All operations, synthesis, isolation and identification, are miniaturized and automated. This saves time and lowers costs. We can thus build a library of several thousand derivatives in a few months. 3. High throughput screening
Le problème est alors d'identifier parmi toutes ces molécules celles qui sont pourvues des propriétés biologiques les plus intéressantes. Le gain de temps et l'augmentation de la productivité, apportés par la chimie combinatoire, l'auraient été en vain si la productivité de cette phase de repérage, appelée "criblage", n'avait pas été aussi améliorée. Aux essais longs et limités de la pharmacologie expérimentale classique, a succédé une technique qui permet d'essayer dans le minimum de temps des milliers de molécules.The problem is then to identify among all these molecules those which have the most interesting biological properties. The time savings and the increase in productivity brought about by combinatorial chemistry would have been in vain if the productivity of this phase of tracking, called "screening", had not been so improved. Long and limited trials of classical experimental pharmacology have been followed by a technique which allows thousands of molecules to be tested in the shortest possible time.
Le test consiste à mettre en présence la substance à tester et un système biochimique (une enzyme par exemple) et à mesurer l'importance de la réaction éventuelle. L'essai, peut être fait simultanément avec un grand nombre de systèmes de significations très diverses. En fait, tout est miniaturisé et automatisé et toutes les opérations se déroulent sans intervention humaine .The test consists in bringing together the substance to be tested and a biochemical system (an enzyme for example) and measuring the importance of the possible reaction. The test can be done simultaneously with a large number of very different systems of meanings. In fact, everything is miniaturized and automated and all operations take place without human intervention.
Tout est fonction du modèle utilisé, ce qui met l'accent sur l'importance des hypothèses physiopathologiques. Les systèmes biologiques testés ne sont pas indifférents : ce sont ceux dont on pense qu'ils interviennent de manière cruciale dans le déterminisme de la maladie. Ainsi, cette recherche appliquée, dont les progrès sont si remarquables, elle est totalement tributaire de la recherche fondamentale en amont .Everything depends on the model used, which emphasizes the importance of pathophysiological hypotheses. The biological systems tested do not are not indifferent: they are those who are believed to play a crucial role in the determinism of the disease. Thus, this applied research, whose progress is so remarkable, it is totally dependent on basic research upstream.
On sélectionne enfin les macromolécules les plus prometteuses, compte tenu de leurs résultats aux tests, mais aussi d'autres considérations comme leur facilité de synthèse ou leur pharmacocinétique .Finally, the most promising macromolecules are selected, taking into account their test results, but also other considerations such as their ease of synthesis or their pharmacokinetics.
Ainsi, il est essentiel de pouvoir passer au crible les nouvelles molécules réalisées par chimie combinatoire et d'obtenir les meilleures données notamment de liaison au récepteur le plus rapidement possible. On réalise alors un criblage à haut débit, consistant à identifier les molécules actives par mise en contact avec la cible biologique. Ces cibles peuvent par exemple être des protéines dont on a identifié expérimentalement l'implication dans tel ou tel processus pathologique.It is therefore essential to be able to screen the new molecules produced by combinatorial chemistry and to obtain the best data, in particular of binding to the receptor, as quickly as possible. A high-throughput screening is then carried out, consisting in identifying the active molecules by contacting the biological target. These targets can for example be proteins whose implication in a particular pathological process has been identified experimentally.
Jusqu'au début des années 1990, les essais traditionnels en éprouvette permettaient à une personne de tester 2000 composés par an. L'emploi de microplaques à 96 puits a ensuite permis de réaliser 6 000 essais par jour et par robot sur une même cible. Aujourd'hui les microplaques comportent 384 puits, certaines pouvant aller jusqu'à 1 536 puits. Ces progrès ont permis de multiplier les tests et, également, de réduire les coûts car les essais sont "miniaturisés" et utilisent des volumes d'échantillons très réduits.Until the early 1990s, traditional test tubes allowed one person to test 2,000 compounds per year. The use of 96-well microplates then made it possible to carry out 6000 tests per day and by robot on the same target. Today the microplates have 384 wells, some of which can go up to 1,536 wells. These advances have made it possible to multiply tests and also to reduce costs since the tests are "miniaturized" and use very small sample volumes.
Le criblage à haut-débit se caractérise par l'utilisation de robots capables de gérer simultanément de grands nombres de microplaques, facilement manipulables et stockables, où sont effectués des milliers de tests par jour.High-throughput screening is characterized by the use of robots capable of managing simultaneously large numbers of microplates, easy to handle and store, where thousands of tests are performed per day.
Le criblage à haut-débit est issu des progrès de la robotique. Il repose sur des systèmes capables de réaliser des taches séquentielles indépendantes telles que dilution, pipetage et répartition de composés dans des cupules ou puits, agitation, incubation et lecture des résultats. Ils sont pilotés par des logiciels spécifiquement adaptés au type d'analyse à réaliser. Les essais sont effectués dans des microplaques standard identifiées par un code à barres et manipulées par la "main" d'un robot: celle-ci prend la plaque vide, ajoute les réactifs nécessaires et les composés à tester, gère le temps de la réaction puis passe la plaque à un lecteur pour connaître le résultat. Pour visualiser les réactions issues de la mise en contact, dans les puits, de la molécule et de la cible, on utilise des méthodes basées sur la radioactivité ou, bien souvent, la fluorescence. Ces résultats sont stockés et analysés grâce à des ordinateurs.High-throughput screening is the result of advances in robotics. It is based on systems capable of performing independent sequential tasks such as dilution, pipetting and distribution of compounds in wells or wells, agitation, incubation and reading of the results. They are controlled by software specifically adapted to the type of analysis to be performed. The tests are carried out in standard microplates identified by a bar code and manipulated by the "hand" of a robot: this takes the empty plate, adds the necessary reagents and the compounds to be tested, manages the reaction time then pass the plate to a reader to know the result. To visualize the reactions resulting from the contact, in the wells, of the molecule and the target, methods based on radioactivity or, very often, fluorescence are used. These results are stored and analyzed using computers.
Ainsi qu'on l'a vu ci-dessus, il est extrêmement important de pouvoir disposer d'un système pour étudier les liaisons entre des composés et leurs cibles, ainsi que les cinétiques de liaison. Les systèmes existant actuellement ne permettent pas d'effectuer une telle étude, dans la mesure où l'analyse des liaisons entre les macromolécules fixées sur un support solide et les macromolécules en solution est effectuée en général après plusieurs étapes de rinçage pour réduire les liaisons non spécifiques et le risque de faux-positifs. Il est donc impossible avec les systèmes actuels de pouvoir réaliser de façon simple et rapide une analyse de cinétique de liaison entre des molécules en solution et des molécules sur support solide.As seen above, it is extremely important to be able to have a system for studying the bonds between compounds and their targets, as well as the binding kinetics. Currently existing systems do not allow such a study to be carried out, since the analysis of the connections between the macromolecules fixed on a solid support and the macromolecules in solution is generally carried out after several rinsing steps to reduce non-binding and the risk of false positives. It is therefore impossible with current systems of be able to quickly and easily carry out an analysis of the kinetics of binding between molecules in solution and molecules on a solid support.
La présente invention se propose de répondre aux besoins ainsi démontrés en fournissant un dispositif permettant d' effectuer des études de liaison de composés à grande échelle, en augmentant la vitesse et en réduisant les coûts de fonctionnement. Ce système peut être aisément automatisé et peut être mis en œuvre pour toutes les utilisations ci-dessus énoncées.The present invention proposes to meet the needs thus demonstrated by providing a device making it possible to carry out studies of binding of compounds on a large scale, by increasing the speed and reducing the operating costs. This system can be easily automated and can be implemented for all the uses set out above.
Il est important de noter qu'aux exemples définis de façon préférentielle ci-dessous, et notamment les supports, on peut aisément substituer des supports fabriqués avec des matériaux tels que décrits ci-dessus. L'exposé qui précède n'est destiné qu'à rappeler le contexte et le domaine d'application de l'invention, en particulier la fabrication, l'utilisation et les procédés d'analyse des micro-supports biologiques.It is important to note that in the examples defined preferentially below, and in particular the supports, it is easy to substitute supports made with materials as described above. The foregoing description is only intended to recall the context and the field of application of the invention, in particular the manufacture, the use and the methods of analysis of biological micro-supports.
En vue de la réalisation de ce but, on prévoit selon l'invention un dispositif d'analyse d'une molécule, comprenant :With a view to achieving this goal, a device for analyzing a molecule is provided according to the invention, comprising:
- un support apte à porter au moins une molécule fixée au support ; et une chambre apte à contenir un liquide en mettant le liquide en contact avec le support, la chambre étant agencée pour être rigidement fixée au support .- a support capable of carrying at least one molecule attached to the support; and a chamber capable of containing a liquid by bringing the liquid into contact with the support, the chamber being arranged to be rigidly fixed to the support.
Selon les cas, on pourra prévoir que la molécule à analyser, en général une molécule organique, voire une macromolécule organique, sera fixée ou bien au support pour mise en contact avec une ou plusieurs molécules contenues dans le liquide, ou au contraire contenue initialement dans le liquide pour mise en contact avec une ou plusieurs molécules fixées initialement au support .Depending on the case, provision may be made for the molecule to be analyzed, in general an organic molecule, or even an organic macromolecule, to be fixed either to the support for bringing into contact with one or more molecules contained in the liquid, or on the contrary contained initially in the liquid for bringing into contact with one or more molecules initially attached to the support.
Le dispositif selon l'invention pourra présenter en outre au moins l'une quelconque des caractéristiques suivantes :The device according to the invention may also have at least any one of the following characteristics:
- le support présente au moins deux zones aptes à porter des molécules fixées aux zones, le dispositif comprenant au moins deux chambres aptes à contenir deux liquides respectifs en mettant les liquides en contact avec les zones respectives, les chambres étant agencées pour être rigidement fixées au support ;the support has at least two zones capable of carrying molecules fixed to the zones, the device comprising at least two chambers capable of containing two respective liquids by bringing the liquids into contact with the respective zones, the chambers being arranged to be rigidly fixed to the support;
- les molécules de chaque zone sont disposées de façon annulaire dans la zone ;- the molecules of each zone are arranged annularly in the zone;
- les zones appartiennent à une pièce commune d'un seul tenant ;- the zones belong to a common room in one piece;
- le support comprend un socle et des éléments de support formant chacun une des zones et aptes à être fixés au socle ; les éléments de support ont une forme de disque ; il comporte un bâti, le support étant monté mobile par rapport au bâti, par exemple mobile à rotation par rapport au bâti, notamment autour d'un axe de rotation horizontal et/ou perpendiculaire à une épaisseur du support ;- The support comprises a base and support elements each forming one of the zones and able to be fixed to the base; the support elements have a disc shape; it comprises a frame, the support being mounted movable relative to the frame, for example movable in rotation relative to the frame, in particular around an axis of horizontal rotation and / or perpendicular to a thickness of the support;
- il comprend des moyens d'entraînement du support par rapport au bâti, par exemple agencés pour coopérer avec le support sans contact, de façon électromagnétique ;- It comprises means for driving the support relative to the frame, for example arranged to cooperate with the contactless support, electromagnetically;
- le support a une forme de disque ; - la ou chaque chambre a une forme à symétrie de révolution autour d'un axe principal de la chambre ; la ou chaque chambre est fixée à demeure au support ; la ou chaque chambre est montée mobile par rapport au support ;- the support has a disc shape; - The or each chamber has a shape with symmetry of revolution around a main axis of the chamber; the or each chamber is permanently fixed to the support; the or each chamber is mounted movable relative to the support;
- il comprend un organe de compartimentation apte à être mis en contact de façon amovible avec le support ; il comprend un bâti, l'organe de compartimentation et le support étant agencés pour être reçus dans le bâti en étant mobiles l'un par rapport à l'autre ;- It comprises a compartmentalization member capable of being brought into contact with the support in a removable manner; it comprises a frame, the compartmentalization member and the support being arranged to be received in the frame while being movable relative to each other;
- il comporte un bâti présentant une enceinte apte à recevoir le support et des moyens pour introduire un liquide dans l'enceinte et/ou extraire un liquide hors de l' enceinte ;- It comprises a frame having an enclosure capable of receiving the support and means for introducing a liquid into the enclosure and / or extracting a liquid from the enclosure;
- la ou chaque chambre comprend un orifice ; l'orifice est obstrué par un élément compressible apte à être traversé par une aiguille pour qu'elle débouche dans la chambre ; il comporte des moyens d'analyse d'une interaction de la ou de chaque molécule fixée au support avec une molécule présente dans le liquide ; l'interaction comprend une liaison entre les molécules; les moyens d' analyse sont agencés pour être sensibles à un rayonnement résultant de l'interaction ;- the or each room includes an orifice; the orifice is obstructed by a compressible element capable of being crossed by a needle so that it opens into the chamber; it includes means for analyzing an interaction of the or each molecule attached to the support with a molecule present in the liquid; the interaction includes a bond between molecules; the analysis means are arranged to be sensitive to radiation resulting from the interaction;
- les molécules sont des acides nucléiques, des protéines, des peptides ou toute autre molécule apte à interagir avec des composés biologiques ; et il est agencé de sorte que la molécule à analyser se trouve dans le liquide avant mise en contact du liquide avec le support afin qu'elle interagisse avec la molécule fixée au support.- the molecules are nucleic acids, proteins, peptides or any other molecule capable of interacting with biological compounds; and it is arranged so that the molecule to be analyzed is in the liquid before bringing the liquid into contact with the support so that it interacts with the molecule attached to the support.
On prévoit également selon l'invention un procédé d' analyse d' une molécule comprenant les étapes consistant à :According to the invention, a method of analyzing a molecule is also provided, comprising the steps consisting in:
- fixer au moins une molécule à un support; et- attach at least one molecule to a support; and
- mettre un liquide contenu dans une chambre en contact avec le support, la chambre étant rigidement fixée au support .- Put a liquid contained in a chamber in contact with the support, the chamber being rigidly fixed to the support.
Dans un mode de réalisation, la molécule à analyser se trouve dans le liquide avant mise en contact du liquide avec le support.In one embodiment, the molecule to be analyzed is found in the liquid before the liquid is brought into contact with the support.
D' autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description suivante d'un mode préféré de réalisation de l'invention et des variantes données à titre d' exemples non limitatifs. En référence aux dessins annexés :Other characteristics and advantages of the invention will become apparent in the following description of a preferred embodiment of the invention and of the variants given by way of nonlimiting examples. With reference to the accompanying drawings:
- les figures 1 et 2 sont deux vues partielles en coupe axiale d'un dispositif selon l'invention dans deux configurations différentes de fonctionnement ;- Figures 1 and 2 are two partial views in axial section of a device according to the invention in two different operating configurations;
- les figures 3 et 4 présentent deux possibilités pour la disposition des . éléments de support sur le socle ;- Figures 3 and 4 show two possibilities for the arrangement of. support elements on the base;
- la figure 5 est une vue partielle en coupe axiale d'une partie du dispositif de la figure 1 montrant l'introduction d'un échantillon dans une chambre ;- Figure 5 is a partial view in axial section of a part of the device of Figure 1 showing the introduction of a sample into a chamber;
- la figure 6 est une vue en coupe du dispositif de la figure 1 suivant un plan perpendiculaire à l'axe de rotation, montrant les conduits de circulation de fluide dans l'enceinte ; et- Figure 6 is a sectional view of the device of Figure 1 along a plane perpendicular to the axis of rotation, showing the fluid circulation conduits in the enclosure; and
- la figure 7 est une vue analogue à la figure 2 montrant une variante de réalisation du dispositif.- Figure 7 is a view similar to Figure 2 showing an alternative embodiment of the device.
On a illustré aux figures 1 et 2 un mode préféré de réalisation du dispositif d'analyse d'une macromolécule selon l'invention. Il pourra s'agir par exemple comme expliqué plus haut d'un dispositif pour l'analyse d'un génome .FIGS. 1 and 2 illustrate a preferred embodiment of the device for analyzing a macromolecule according to the invention. It could for example be, as explained above, a device for the analysis of a genome.
Le dispositif 2 comprend un bâti 4 définissant en son sein une enceinte fermée 6. Le dispositif comprend par ailleurs un support 8 ainsi qu'un organe de compartimentation 10, tous deux étant ici essentiellement plans. Le support 8 et l'organe 10 ont chacun ici une forme de disque et ont sensiblement même diamètre. Ils sont destinés à être disposés de façon concentrique en ayant même axe 12. Compte tenu de cette forme en disque que présentent ces deux organes dans le présent exemple, nous les appellerons dans la suite respectivement « disque porte-sondes » et « disque de compartimentation».The device 2 comprises a frame 4 defining within it a closed enclosure 6. The device also comprises a support 8 as well as a compartmentalization member 10, both of which are here essentially planar. The support 8 and the member 10 each have a disc shape here and have substantially the same diameter. They are intended to be arranged concentrically with the same axis 12. Taking into account this disc shape which these two members have in the present example, we will call them in the following respectively "probe-carrying disc" and "compartmenting disc ".
Le disque porte-sonde 8 (DPS) comprend un socle 14 en forme de disque plan. Le DPS comprend également plusieurs éléments de support 16 ayant chacun en l'espèce une forme de disque plan. Le rayon de ces disques 16 est beaucoup plus petit que le rayon du socle 14 sachant que les éléments de support 16 sont destinés à être fixés les uns à côté des autres sur une même face frontale 18 du socle 14.The probe carrier disc 8 (DPS) comprises a base 14 in the form of a flat disc. The DPS also comprises several support elements 16 each having in this case a form of flat disc. The radius of these discs 16 is much smaller than the radius of the base 14 knowing that the support elements 16 are intended to be fixed next to each other on the same end face 18 of the base 14.
Le rayon des éléments de support 16 variera en fonction du nombre d'éléments que l'on souhaite disposer simultanément sur la face 18. On a illustré ainsi à la figure 3 une possibilité de réalisation dans laquelle la face 18 porte quatre éléments de support 16 tandis que la figure 4 présente un exemple dans lequel cette face porte dix-huit éléments de support 16.The radius of the support elements 16 will vary depending on the number of elements that one wishes to have simultaneously on the face 18. There is thus illustrated in FIG. 3 a possible embodiment in which the face 18 carries four support elements 16 while FIG. 4 presents an example in which this face carries eighteen support elements 16.
Le nombre et les dimensions des éléments de support 16 étant déterminés, ceux-ci pourront être disposés de différentes façons sur la face 18. Ils pourront par exemple être disposés suivant une matrice rectangulaire comme c'est le cas à la figure 3. Une telle disposition facilite la manipulation et le repérage des éléments de support par des moyens robotisés. Alternativement, les éléments de support 16 pourront être disposés de sorte que leurs centres forment des cercles concentriques autour de l'axe 12 comme c'est le cas sur la figure 4. Cette disposition permet en général d'occuper la plus grande partie de la face 18 du socle 14.The number and the dimensions of the support elements 16 being determined, they can be arranged in different ways on the face 18. They can for example be arranged in a rectangular matrix as is the case in FIG. 3. Such a arrangement facilitates the handling and location of the support elements by robotic means. Alternatively, the support elements 16 may be arranged so that their centers form concentric circles around the axis 12 as is the case in FIG. 4. This arrangement generally makes it possible to occupy most of the face 18 of the base 14.
Les éléments de support 16 sont rapportés sur le socle 14 pour être fixés rigidement à celui-ci. Dans le présente exemple, ils présentent chacun sur leur face 19 demeurant libre des macromolécules de test ou sondes 20 destinées à interagir avec des macromolécules présentes dans l'échantillon liquide à analyser comme on le verra plus loin.The support elements 16 are attached to the base 14 to be rigidly fixed thereto. In the present example, they each have, on their face 19 remaining free, test macromolecules or probes 20 intended to interact with macromolecules present in the liquid sample to be analyzed as will be seen below.
De préférence, les macromolécules 20, représentées par un point sur l'un des disques de la figure 3, sont disposées de façon annulaire sur la face 19 des éléments de support par référence à l'axe 22 de ceux-ci, laissant ainsi inoccupée une zone centrale du disque. Alternativement, on pourrait prévoir que l'ensemble de la surface 19 est recouverte par les macromolécules 20. Les macromolécules sont disposées sur la face 19 préalablement à la fixation des éléments de support 16 sur le socle 14. Cette disposition est effectuée selon des techniques classiques connues en elles-mêmes et qui ne seront pas détaillées ici.Preferably, the macromolecules 20, represented by a point on one of the discs of FIG. 3, are arranged annularly on the face 19 of the support elements with reference to the axis 22 of these, thus leaving unoccupied a central area of the disc. Alternatively, provision could be made for the entire surface 19 to be covered by the macromolecules 20. The macromolecules are arranged on the face 19 prior to the fixing of the support elements 16 on the base 14. This arrangement is carried out according to conventional techniques known in themselves and which will not be detailed here.
Pour faciliter la lecture des résultats de l'analyse comme on le verra plus loin, le socle 14 ainsi que chacun des éléments de support 16 sont réalisés suivant une technologique classique telle que celle des disques compacts (CD), des DVD { digi tal versa tile disque) , etc. permettant le codage d'un signal et sa lecture par des moyens adaptés. Les disques de type CD ont pour avantage de supporter des températures élevées compte tenu de leur réalisation en polycarbonate . De plus, ils portent des signaux d'adressage permettant le repérage des sondes 20.To facilitate the reading of the results of the analysis as will be seen below, the base 14 as well as each of the support elements 16 are produced according to a conventional technology such as that of compact discs (CDs), DVDs {digi tal versa tile disc), etc. allowing the coding of a signal and its reading by suitable means. CD type discs have the advantage of withstanding high temperatures due to their polycarbonate construction. In addition, they carry addressing signals allowing the location of the probes 20.
Le disque de compartimentation (DC) 10 présente une face 24 destinée à s'étendre en regard de la face 18 du DPS, de façon concentrique à celle-ci. La face 24 du DC présente des chambres 26 en nombre égal au nombre des éléments de support 16 et disposées de façon homologue à la disposition des éléments de support de façon à s'étendre respectivement en regard et en correspondance avec ceux-ci. Chaque chambre 26 a en l'espèce une forme cylindrique coaxiale à l'axe 22 de l'élément de support correspondant. Dans le présent exemple, la section de la chambre 26 dans un plan perpendiculaire à l'axe 22 a une forme circulaire.The compartmentalization disc (DC) 10 has a face 24 intended to extend opposite the face 18 of the DPS, concentrically with the latter. The face 24 of the DC has chambers 26 equal in number to the number of support elements 16 and arranged in a homologous manner at the disposal of the support elements so as to extend respectively opposite and in correspondence with them. Each chamber 26 has in this case a cylindrical shape coaxial with the axis 22 of the corresponding support element. In the present example, the section of the chamber 26 in a plane perpendicular to the axis 22 has a circular shape.
La figure 1 illustre une configuration du DC et du DPS dans lesquels ceux-ci sont éloignés l'un de l'autre tandis que la figure 2 illustre une configuration dans laquelle ils sont en contact l'un avec l'autre. Ainsi sur la figure 2, chaque chambre 26 est obturée du côté de la face 24 par l'élément de support correspondant, les macromolécules 20 s' étendant ainsi dans la chambre 26. A l'inverse, sur la figure 1, la chambre 26 est ouverte du côté de la face 24 compte tenu de 1' éloignement des éléments de support 16.Figure 1 illustrates a configuration of the DC and DPS in which these are distant from each other while Figure 2 illustrates a configuration in which they are in contact with each other. So in FIG. 2, each chamber 26 is closed on the side of the face 24 by the corresponding support element, the macromolecules 20 thus extending into the chamber 26. Conversely, in FIG. 1, the chamber 26 is open from the side of the face 24 taking account of the distance from the support elements 16.
Des moyens d'étanchéité sont prévus au niveau de chaque chambre 26, par exemple sous la forme d'un joint 30, pour assurer une fermeture étanche de la chambre 26 du côté de la face 24 par l'élément de support 16 correspondant .Sealing means are provided at each chamber 26, for example in the form of a seal 30, to ensure a sealed closure of the chamber 26 on the side of the face 24 by the corresponding support element 16.
A son extrémité opposée à l'élément de support 16, chaque chambre 26 est obturée par la paroi du disque de compartimentation 10. Toutefois, elle présente d'une part une ouverture cylindrique 32 obturée par un élément compressible 34, par exemple en élastomère comme illustré à la figure 5. D'autre part, elle présente une deuxième ouverture 36 destinée comme on le verra plus tard à éviter les surpressions à l'intérieur de la chambre. Cette ouverture a des dimensions suffisamment réduites pour autoriser une sortie de gaz hors de la chambre tout en interdisant une sortie de liquide par cette même ouverture. Cette deuxième ouverture 36 sera de préférence disposée à proximité de l'axe 22 de la chambre, voire sur cet axe.At its end opposite to the support element 16, each chamber 26 is closed by the wall of the compartmenting disc 10. However, it has on the one hand a cylindrical opening 32 closed by a compressible element 34, for example made of elastomer as illustrated in Figure 5. On the other hand, it has a second opening 36 intended as will be seen later to avoid overpressure inside the chamber. This opening has sufficiently small dimensions to allow an outlet of gas out of the chamber while preventing an outlet of liquid through this same opening. This second opening 36 will preferably be arranged near the axis 22 of the chamber, or even on this axis.
Le bâti 4 est dimensionné pour recevoir dans l'enceinte 6 le DC 10 ainsi que le DPS 8 aussi bien en position ouverte comme sur la figure 1 qu' en position fermée comme sur la figure 2. Le dispositif comprend des moyens de montage permettant de les maintenir l'un en regard de l'autre et de guider leur mouvement l'un par rapport à l'autre pour qu'ils puissent passer à l'intérieur de l'enceinte 6 de l'une à l'autre des deux positions .The frame 4 is dimensioned to receive in the enclosure 6 the DC 10 as well as the DPS 8 both in the open position as in FIG. 1 and in the closed position as in FIG. 2. The device comprises mounting means making it possible to keep them facing each other and guide their movement relative to each other so that they can switch to inside the enclosure 6 from one to the other of the two positions.
Le dispositif comprend des moyens d'entraînement 38 permettant de mettre l'ensemble constitué par les deux disques en rotation autour de leur axe commun 12. Ces moyens d' entraînement seront de préférence agencés pour coopérer de façon électromagnétique avec des éléments 40 disposés dans les disques afin d'entraîner ceux-ci dans l'enceinte 6 sans contact à travers la paroi du bâti.The device comprises drive means 38 making it possible to set the assembly constituted by the two discs in rotation about their common axis 12. These drive means will preferably be arranged to cooperate electromagnetically with elements 40 arranged in the discs to drive them into the enclosure 6 without contact through the wall of the frame.
Le dispositif comporte également des moyens 42 pour analyser une interaction éventuelle ou l'absence d'interaction entre l'une des macromolécules 20 et une macromolécule présente dans l'échantillon à analyser. Les moyens d'analyse pourront être sensibles à un signal résultant de l'interaction, ce signal pouvant être d'ordre optique, électromagnétique ou radioactif par exemple. Cette lecture peut être effectuée à travers une fenêtre ménagée dans une des parois du bâti. Toutefois, de préférence, on ferra en sorte que le ou les matériaux du bâti, du DC 10 et du DPS 8 soient transparents au signal d'analyse pour ne pas perturber celui-ci.The device also includes means 42 for analyzing a possible interaction or the absence of interaction between one of the macromolecules 20 and a macromolecule present in the sample to be analyzed. The analysis means may be sensitive to a signal resulting from the interaction, this signal possibly being of an optical, electromagnetic or radioactive order for example. This reading can be done through a window in one of the walls of the frame. However, preferably, it will be ensured that the material or materials of the frame, of the DC 10 and of the DPS 8 are transparent to the analysis signal so as not to disturb it.
Compte tenu de la mise en rotation des deux disques dans l'enceinte 6 autour de l'axe 12, il est suffisant que les moyens d'analyse 42 puissent effectuer la lecture suivant une ligne 44 s' étendant radialement par référence à l'axe 12 comme illustré à la figure 6. On pourra par exemple prévoir que les moyens de lecture 42 présentent une tête de lecture mobile le long de cette ligne 44.Given the rotation of the two discs in the enclosure 6 around the axis 12, it is sufficient that the analysis means 42 can read along a line 44 extending radially with reference to the axis 12 as illustrated in FIG. 6. It could for example be provided for the reading means 42 to have a movable reading head along this line 44.
Comme illustré à la figure 6, le bâti 4 comporte par ailleurs des moyens pour introduire un fluide tel qu'un liquide dans l'enceinte 6, l'en extraire, ou encore le mettre en circulation dans l'enceinte. Ces moyens comportent notamment des conduits 46 débouchant environ à mi hauteur de l'enceinte ou encore en partie basse de celle-ci pour faciliter l'évacuation d'un liquide hors de l'enceinte. L'enceinte pourra présenter par ailleurs une ouverture supérieure 48 permettant d'éviter les surpressions dans l'enceinte ou permettant l'évacuation d'une bulle d'air lorsque l'enceinte doit être remplie complètement avec un liquide. Ces moyens sont également agencés de façon connue et non détaillée pour permettre le cas échéant d'introduire ou d'extraire différents types de liquides dans l'enceinte.As illustrated in FIG. 6, the frame 4 also includes means for introducing a fluid such as a liquid into the enclosure 6, extracting it, or still put it into circulation in the enclosure. These means include in particular conduits 46 opening about halfway up the enclosure or even in the lower part thereof to facilitate the evacuation of a liquid from the enclosure. The enclosure may also have an upper opening 48 making it possible to avoid overpressures in the enclosure or allowing the evacuation of an air bubble when the enclosure must be completely filled with a liquid. These means are also arranged in a known and non-detailed manner to allow, if necessary, to introduce or extract different types of liquids into the enclosure.
Nous allons maintenant décrire un exemple d'utilisation du dispositif selon l'invention.We will now describe an example of use of the device according to the invention.
L' opérateur installe tout d' abord les macromolécules 20 sur la face 19 des éléments de support 16. Il fixe ensuite les éléments de support sur le socle 14. Puis l'opérateur accole le disque de compartimentation 10 sur le disque porte-sondes 8 ainsi constitué de façon à fermer les chambres 26.The operator first installs the macromolecules 20 on the face 19 of the support elements 16. He then fixes the support elements on the base 14. Then the operator attaches the compartmentalization disc 10 to the probe-holder disc 8 thus formed so as to close the chambers 26.
L'opérateur introduit ensuite dans les chambres 26 respectives des échantillons liquides 52 comprenant des composés ou macromolécules à analyser. Chaque échantillon pourra comprendre par exemple une population de fragments d'ADN à analyser correspondant à un ou plusieurs génomes. La présente invention a pour avantage que plusieurs analyses différentes les unes des autres peuvent être effectuées simultanément. Ainsi, on peut analyser simultanément plusieurs échantillons suivant des modalités identiques. Par ailleurs, des analyses obéissant à des modalités d'exécution différentes peuvent être effectuées simultanément. Par exemple, dans une des chambres 26, on pourra effectuer une recherche HIV tandis qu'une autre des chambres servira en même temps à un typage d' EBV (Epstein Bar Virus), d'autres chambres étant par ailleurs consacrées à une recherche de Chlamydiae ou à un typage du gène CF (Cystic Fibrosis) .The operator then introduces into the respective chambers 26 liquid samples 52 comprising compounds or macromolecules to be analyzed. Each sample may include, for example, a population of DNA fragments to be analyzed corresponding to one or more genomes. The present invention has the advantage that several analyzes which are different from each other can be carried out simultaneously. Thus, several samples can be analyzed simultaneously according to identical methods. In addition, analyzes obeying different execution methods can be carried out simultaneously. For example, in one of the rooms 26, one can carry out an HIV search while another of the rooms will be used at the same time for a typing of EBV (Epstein Bar Virus), other rooms being moreover devoted to a search for Chlamydiae or to a typing of the CF (Cystic Fibrosis) gene.
Dans le présent mode de réalisation, l'opérateur introduit chaque échantillon 52 dans la chambre 26 au moyen d'une seringue en perçant l'élément 34 avec l'aiguille 50 de la seringue. Celle-ci débouchant dans la chambre 26, l'échantillon 52 à analyser peut être introduit dans celle-ci comme illustré à la figure 5. Comme on le voit, chaque chambre 26 forme un miniréacteur. Cette introduction peut se faire alors que les deux disques accolés s'étendent horizontalement avec leur axe commun 12 vertical sur un appui plan adapté.In the present embodiment, the operator introduces each sample 52 into the chamber 26 by means of a syringe by piercing the element 34 with the needle 50 of the syringe. The latter opening into the chamber 26, the sample 52 to be analyzed can be introduced into the latter as illustrated in FIG. 5. As can be seen, each chamber 26 forms a mini-reactor. This introduction can be done while the two adjoining discs extend horizontally with their common axis 12 vertical on a suitable plane support.
On introduit ensuite les deux disques dans le bâti 4 comme illustré à la figure 2 et on obture celui-ci de façon adapté. Les disques sont alors verticaux avec leur axe 12 horizontal.The two discs are then introduced into the frame 4 as illustrated in FIG. 2 and the latter is closed in a suitable manner. The discs are then vertical with their horizontal axis 12.
On actionne les moyens 38 pour mettre les deux disques formant un ensemble rigide en rotation autour de l'axe 12. Comme on le voit sur la figure 2, la quantité d'échantillon 52 introduite dans chaque chambre 26 est très inférieure au volume total de la chambre de sorte que le niveau supérieur 54 de l'échantillon ne s'étend pas jusqu'à l'axe 22 de la chambre. Compte tenu de la gravité, l'échantillon 52 demeure en partie basse de la chambre au cours de la rotation. Il est donc en contact avec la zone correspondante de l'élément de support 16. Compte tenu de la rotation, l'échantillon parcourt la plus grande partie de la chambre et vient en contact avec l'ensemble des macromolécules disposées sur l'élément de support.The means 38 are actuated to put the two discs forming a rigid assembly in rotation about the axis 12. As can be seen in FIG. 2, the quantity of sample 52 introduced into each chamber 26 is much less than the total volume of the chamber so that the upper level 54 of the sample does not extend to the axis 22 of the chamber. Given the gravity, the sample 52 remains in the lower part of the chamber during the rotation. It is therefore in contact with the corresponding zone of the support element 16. Taking into account the rotation, the sample travels most of the chamber and comes into contact with all of the macromolecules arranged on the support element.
A ce stade, on peut éventuellement ajuster la température et la faire varier au cours du temps si nécessaire pour favoriser telle ou telle réaction entre l'échantillon 52 et les sondes 20, par exemple si l'on cherche à effectuer une hybridation.At this stage, the temperature can possibly be adjusted and varied over time if necessary to promote such or such reaction between the sample 52 and the probes 20, for example if one seeks to carry out a hybridization.
Après incubation durant une période adaptée, on ajuste la température pour que la réaction soit bloquée.After incubation for a suitable period, the temperature is adjusted so that the reaction is blocked.
On remplit ensuite l'ensemble de l'enceinte 6 avec un liquide de lavage ayant une composition adaptée pour favoriser l'arrêt des différentes réactions et pour éviter les réactions croisées.The entire enclosure 6 is then filled with a washing liquid having a composition suitable for promoting the cessation of the various reactions and for avoiding cross-reactions.
On sépare ensuite le disque de compartimentation du disque porte-sondes en les éloignant l'un de l'autre pour les replacer dans la configuration de la figure 1 toujours à l'intérieur de l'enceinte 6 et sans interrompre leur mouvement de rotation. Dans ces conditions, l'intégrité des mini-réacteurs formés par les chambres 26 est rompue de sorte que les échantillons individuels 52 se trouvent mélangés dans le liquide de lavage .The partitioning disc is then separated from the probe-carrying disc by moving them away from one another to replace them in the configuration of FIG. 1 still inside the enclosure 6 and without interrupting their rotational movement. Under these conditions, the integrity of the mini-reactors formed by the chambers 26 is broken so that the individual samples 52 are mixed in the washing liquid.
Celui-ci est ensuite éliminé à travers les conduits 46 et remplacé rapidement par un liquide de lavage propre pour éviter des problèmes de réactions croisées. A ce stade, le niveau du liquide de lavage doit être tel que la totalité de la surface du disque porte-sondes se trouve immergée dans le liquide à un moment ou à un autre de la rotation. Le liquide de lavage sera de préférence apporté en flux continu pour optimiser la dissolution des réactifs résiduels et faciliter leur élimination rapide du réacteur. A l'issue de ce lavage, les résultats de l'analyse peuvent être lus grâce aux moyens 42 qui détectent un rayonnement adapté résultant de l'interaction de chaque macromolécule 20 avec l'un des composés présents dans l'échantillon correspondant ou qui détectent l'absence d'une telle interaction.This is then eliminated through the conduits 46 and quickly replaced by a clean washing liquid to avoid problems of cross-reactions. At this stage, the level of the washing liquid should be such that the entire surface of the probe carrier disc is immersed in the liquid at one time or another during the rotation. The washing liquid will preferably be supplied in a continuous flow to optimize the dissolution of the residual reactants and facilitate their rapid elimination from the reactor. At the end of this washing, the results of the analysis can be read using the means 42 which detect suitable radiation resulting from the interaction of each macromolecule 20 with one of the compounds present in the corresponding sample or which detect the absence of such interaction.
Dans la configuration ouverte illustrée à la figureIn the open configuration illustrated in the figure
1, on pourra également mettre l'ensemble des macromolécules 20 en contact avec des réactifs communs1, we can also put all of the macromolecules 20 in contact with common reagents
(tels que des révélateurs) et non pas seulement avec des produits de lavage.(such as developers) and not just with detergents.
On a illustré à la figure 7 une variante de réalisation du dispositif de l'invention. Dans la description qui va suivre, les éléments analogues à ceux de la figure 1 portent des références numériques augmentées de 100. Seule varie en l'espèce la configuration du disque de compartimentation 10 et du disque porte-sondes 8.FIG. 7 illustrates an alternative embodiment of the device of the invention. In the description which follows, elements similar to those of FIG. 1 bear numerical references increased by 100. The configuration in this case only varies for the compartmentalization disk 10 and the probe-carrier disk 8.
Dans le présent exemple, le DPS 108 et le DC 110 sont fixés rigidement l'un à l'autre et ne sont pas destinés à être rendus mobiles l'un par rapport à l'autre. De plus, ils sont constitués par une superposition de feuillets. Ainsi le DPS est constitué en l'espèce par un simple feuillet 108. Un deuxième feuillet 111 est accolé à celui-ci et présente des cavités formant les chambres 126. Un troisième feuillet 113 recouvre le deuxième feuillet. Les feuillets 108 et 113 obturent chaque chambre 126 a ses deux extrémités axiales en prenant en sandwich le feuillet 111 interposé entre ceux-ci. Le feuillet 113 présente les ouvertures 32 permettant l'introduction des échantillons dans les chambres 26. Enfin, un quatrième feuillet 115 vient recouvrir le troisième feuillet du côté opposé au deuxième feuillet afin d'obturer ces ouvertures. Les feuillets 111, 113 et 115 forment le DC 110 tandis que le feuillet 108 constitue le DPS 108.In the present example, the DPS 108 and the DC 110 are rigidly fixed to each other and are not intended to be made movable relative to each other. In addition, they are constituted by a superposition of sheets. Thus, the DPS is constituted in this case by a simple sheet 108. A second sheet 111 is attached to the latter and has cavities forming the chambers 126. A third sheet 113 covers the second sheet. The sheets 108 and 113 close off each chamber 126 at its two axial ends by sandwiching the sheet 111 interposed therebetween. The sheet 113 has the openings 32 allowing the introduction of the samples into the chambers 26. Finally, a fourth sheet 115 covers the third sheet on the side opposite to the second sheet in order to close these openings. The sheets 111, 113 and 115 form the DC 110 while the sheet 108 constitutes the DPS 108.
Le quatrième feuillet 115 est initialement séparé des trois premiers qui sont quant à eux fournis à l'opérateur en étant déjà fixés les uns aux autres. L'opérateur remplit les chambres 126 avec les échantillons 52 en ayant préalablement disposé l'ensemble horizontalement. Il obture ensuite les ouvertures 32 avec le quatrième feuillet 115 en fixant celui-ci à l'ensemble. Il introduit enfin cet ensemble dans le bâti et effectue l'analyse comme précité.The fourth sheet 115 is initially separated from the first three which are supplied to the operator while already being attached to each other. The operator fills the chambers 126 with the samples 52 having previously arranged the assembly horizontally. It then closes the openings 32 with the fourth sheet 115 by fixing the latter to the assembly. He finally introduces this assembly into the frame and performs the analysis as mentioned above.
Cette variante de réalisation est adaptée aux situations dans lesquelles il n'est pas nécessaire d'effectuer un lavage pour mener à bien l'analyse. C'est par exemple le cas lorsque le produit de réaction permet l'émission d'un signal de fluorescence indiquant sa formation ou au contraire inhibe l'émission de fluorescence. D'ailleurs, dans cette variante, il ne sera en général pas nécessaire de disposer l'ensemble DC-DPS dans une enceinte 6 particulière, le lavage étant souvent inutile. Seuls pourront être utiles les moyens d'entraînement et les moyens d'incubation.This alternative embodiment is suitable for situations in which it is not necessary to carry out a washing to carry out the analysis. This is for example the case when the reaction product allows the emission of a fluorescence signal indicating its formation or on the contrary inhibits the emission of fluorescence. Moreover, in this variant, it will generally not be necessary to have the DC-DPS assembly in a particular enclosure 6, washing being often unnecessary. Only the training means and the incubation means can be useful.
Un avantage de l'invention est qu'elle permet d'analyser un nombre élevé d'échantillons simultanément. L' invention a pour avantage de rendre relativement simple le déroulement de l'analyse en réduisant les manipulations des macromolécules de test et des échantillons. En particulier, ceux-ci n'ont pas besoin d'être manipulés en cours d'analyse.An advantage of the invention is that it makes it possible to analyze a large number of samples simultaneously. The invention has the advantage of making the flow of the analysis relatively simple by reducing the manipulation of the test macromolecules and samples. In particular, these do not need to be handled during analysis.
Le composé présent dans le liquide sera de préférence marqué afin de pouvoir détecter sa présence à un point précis du support correspondant à une sonde donnée, ce qui renseigne sur la liaison existant entre les deux molécules. La cinétique de liaison pourra alors être étudiée en fonction de l'intensité du signal lu à une position donnée. Inversement, on peut également marquer les sondes 20 sur le support 8 de sorte qu'un signal soit émis lorsqu'un composé se lie à la sonde.The compound present in the liquid will preferably be labeled in order to be able to detect its presence at a precise point on the support corresponding to a given probe, which provides information on the bond existing between the two molecules. The binding kinetics can then be studied as a function of the intensity of the signal read at a given position. Conversely, the probes 20 can also be marked on the support 8 so that a signal is emitted when a compound binds to the probe.
Bien entendu, on pourra apporter à l'invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle- ci .Of course, many modifications can be made to the invention without departing from the scope thereof.
Ainsi que cela est illustré dans la variante de la figure 7, on pourra prévoir plus généralement (et par exemple dans le mode de réalisation de la figure 1) que les macromolécules 20 ou sondes sont disposées directement sur le socle 14 sans utiliser des éléments de support intermédiaires 16. Toutefois, l'emploi de ces derniers introduit plus de souplesse dans la programmation des différentes analyses. Ainsi l'utilisateur pourra disposer de stocks des différents éléments de support 16 associés respectivement à des analyses classiques utilisables à la demande suivant les besoins du moment .As illustrated in the variant of FIG. 7, it may be provided more generally (and for example in the embodiment of FIG. 1) that the macromolecules 20 or probes are placed directly on the base 14 without using elements of intermediate support 16. However, the use of the latter introduces more flexibility in the programming of the various analyzes. Thus the user will be able to have stocks of the various support elements 16 associated respectively with conventional analyzes which can be used on demand according to current needs.
On pourra prévoir que chaque échantillon 52 occupe la totalité du volume de la chambre 26 associée ou tout au moins une portion suffisante de celle-ci pour qu' il recouvre totalement les sondes. Dans ce cas, la rotation du DPS n'est pas nécessaire pendant la réaction et on pourra prévoir que le disque de compartimentation est confondu avec l'une des parois du bâti 4. Dans ces conditions, seul le disque porte-sondes serait mobile par rapport au bâti pour permettre son éloignement du disque de compartimentation et favoriser le lavage.Provision may be made for each sample 52 to occupy the entire volume of the associated chamber 26 or at least a sufficient portion of it so that it completely covers the probes. In this case, rotation of the DPS is not necessary during the reaction and provision may be made for the compartmenting disc to be coincident with one of the walls of the frame 4. Under these conditions, only the probe-carrying disc would be movable relative to the frame to allow it to move away from the compartmenting disc and promote washing.
De même, si le volume de chaque échantillon le permet, le dispositif peut être placé horizontalement c'est-à-dire avec son axe 12 vertical pendant la période de la réaction des échantillons sur les sondes, puis être disposé verticalement juste avant la séparation des disques et les lavages qui suivent.Similarly, if the volume of each sample allows, the device can be placed horizontally, i.e. with its vertical axis 12 during the period of reaction of the samples on the probes, and then be placed vertically just before separation discs and the washes that follow.
Sachant que, dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, une grande partie de chaque chambre 26 ne contient pas d'échantillon, il est possible d'effectuer en cours de réaction avec les moyens 42 une analyse des macromolécules 20 portées par les portions des éléments de support 16 non recouvertes par l'échantillon 52. Toutefois, cela nécessite d'accroître les possibilités de mouvement des moyens de lecture 42 par rapport au disque.Knowing that, in the embodiment of FIGS. 1 and 2, a large part of each chamber 26 does not contain a sample, it is possible during the reaction with the means 42 to analyze the macromolecules 20 carried by the portions of the support elements 16 not covered by the sample 52. However, this requires increasing the possibilities of movement of the reading means 42 relative to the disc.
Bien que dans les exemples qui précédent on a décrit un organe porte-sondes et un organe de compartimentation ayant une forme de disque, celle-ci n' est pas strictement nécessaire et on pourra prévoir d' autres formes telles que des formes de polygones réguliers .Although in the preceding examples there has been described a probe-carrying member and a compartmenting member having a disc shape, this is not strictly necessary and other shapes such as regular polygon shapes can be provided .
De même, indépendamment de la forme de ces organes, on pourra modifier la forme des éléments de support 16 qui n'auront pas nécessairement une forme circulaire.Likewise, regardless of the shape of these members, the shape of the support elements 16 can be modified, which will not necessarily have a circular shape.
Le dispositif pourra comprendre une enceinte 26 unique . Enfin, les sondes pourront être contenues initialement dans l'échantillon liquide tandis que la ou les molécules à analyser seront initialement fixées au support . The device may include a single enclosure 26. Finally, the probes may be initially contained in the liquid sample while the or the molecules to be analyzed will initially be attached to the support.

Claims

Revendications claims
1. Dispositif d'analyse d'une molécule, comprenant - un support (8 ; 108) apte à porter au moins une molécule (20) fixée au support ; et une chambre (26 ; 126) apte à contenir un liquide (52) en mettant le liquide en contact avec le support, caractérisé en ce que la chambre est agencée pour être rigidement fixée au support.1. Device for analyzing a molecule, comprising - a support (8; 108) capable of carrying at least one molecule (20) fixed to the support; and a chamber (26; 126) capable of containing a liquid (52) by bringing the liquid into contact with the support, characterized in that the chamber is arranged to be rigidly fixed to the support.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support (8 ; 108) présente au moins deux zones (16) aptes à porter des molécules (20) fixées aux zones, le dispositif comprenant au moins deux chambres (26 ; 126) aptes à contenir deux liquides (52) respectifs en mettant les liquides en contact avec les zones respectives, les chambres étant agencées pour être rigidement fixées au support.2. Device according to claim 1, characterized in that the support (8; 108) has at least two zones (16) capable of carrying molecules (20) fixed to the zones, the device comprising at least two chambers (26; 126 ) capable of containing two respective liquids (52) by bringing the liquids into contact with the respective zones, the chambers being arranged to be rigidly fixed to the support.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les molécules (20) de chaque zone (16) sont disposées de façon annulaire dans la zone.3. Device according to claim 2, characterized in that the molecules (20) of each zone (16) are arranged annularly in the zone.
4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les zones appartiennent à une pièce commune (108) d'un seul tenant .4 Device according to any one of claims 2 or 3, characterized in that the zones belong to a common room (108) in one piece.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que le support (8) comprend un socle (14) et des éléments de support (16) formant chacun une des zones et aptes à être fixés au socle. 5. Device according to any one of claims 2 to 3, characterized in that the support (8) comprises a base (14) and support elements (16) each forming one of the zones and capable of being fixed to the base.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les éléments de support (16) ont une forme de disque.6. Device according to claim 5, characterized in that the support elements (16) have a disc shape.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un bâti (4), le support (8 ; 108) étant monté mobile par rapport au bâti.7. Device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises a frame (4), the support (8; 108) being mounted movable relative to the frame.
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le support (8 ; 108) est monté mobile à rotation par rapport au bâti.8. Device according to claim 7, characterized in that the support (8; 108) is mounted movable in rotation relative to the frame.
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le support présente un axe de rotation horizontal (12).9. Device according to claim 8, characterized in that the support has a horizontal axis of rotation (12).
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le support présente un axe de rotation (12) perpendiculaire à une épaisseur du support (8) .10. Device according to any one of claims 8 or 9, characterized in that the support has an axis of rotation (12) perpendicular to a thickness of the support (8).
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'entraînement (38) du support (8) par rapport au bâti (4) .11. Device according to any one of claims 7 to 10, characterized in that it comprises drive means (38) of the support (8) relative to the frame (4).
12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement (38) sont agencés pour coopérer avec le support sans contact, de façon électromagnétique.12. Device according to claim 11, characterized in that the drive means (38) are arranged to cooperate with the contactless support, electromagnetically.
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le support (8 ; 108) a une forme de disque.13. Device according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the support (8; 108) has a disc shape.
14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la ou chaque chambre (26 ; 126) a une forme à symétrie de révolution autour d'un axe principal (22) de la chambre. 14. Device according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the or each chamber (26; 126) has a shape with symmetry of revolution about a main axis (22) of the chamber.
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que la ou chaque chambre (126) est fixée à demeure au support (108) .15. Device according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the or each chamber (126) is permanently fixed to the support (108).
16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que la ou chaque chambre (26) est montée mobile par rapport au support (8 ) .16. Device according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the or each chamber (26) is mounted movable relative to the support (8).
17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'il comprend un organe de compartimentation (10) apte à être mis en contact de façon amovible avec le support (8) .17. Device according to any one of claims 1 to 16, characterized in that it comprises a compartmenting member (10) capable of being brought into contact with the support (8) in a removable manner.
18. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comprend un bâti (4), l'organe de compartimentation (10) et le support (8) étant agencés pour être reçus dans le bâti en étant mobiles l'un par rapport à l'autre.18. Device according to claim 17, characterized in that it comprises a frame (4), the compartmentalization member (10) and the support (8) being arranged to be received in the frame while being movable one by compared to each other.
19. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce qu'il comporte un bâti (4) présentant une enceinte (6) apte à recevoir le support (8) et des moyens (46) pour introduire un liquide dans l'enceinte et/ou extraire un liquide hors de l'enceinte.19. Device according to any one of claims 1 to 18, characterized in that it comprises a frame (4) having an enclosure (6) capable of receiving the support (8) and means (46) for introducing a liquid inside the enclosure and / or extract a liquid from the enclosure.
20. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que la ou chaque chambre (26 ; 126) comprend un orifice (32).20. Device according to any one of claims 1 to 19, characterized in that the or each chamber (26; 126) comprises an orifice (32).
21. Dispositif selon la revendication 20, caractérisé en ce que l'orifice (32) est obstrué par un élément compressible (34) apte à être traversé par une aiguille (50) pour qu'elle débouche dans la chambre (26) . 21. Device according to claim 20, characterized in that the orifice (32) is obstructed by a compressible element (34) capable of being crossed by a needle (50) so that it opens into the chamber (26).
22. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 21, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (42) d'analyse d'une interaction de la ou de chaque molécule (20) fixée au support (8; 108) avec une molécule présente dans le liquide (52).22. Device according to any one of claims 1 to 21, characterized in that it comprises means (42) for analyzing an interaction of the or each molecule (20) fixed to the support (8; 108) with a molecule present in the liquid (52).
23. Dispositif selon la revendication 22, caractérisé en ce que l'interaction comprend une liaison entre les molécules.23. Device according to claim 22, characterized in that the interaction comprises a bond between the molecules.
24. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 22 ou 23, caractérisé en ce que les moyens d'analyse (42) sont agencés pour être sensibles à un rayonnement résultant de l'interaction.24. Device according to any one of claims 22 or 23, characterized in that the analysis means (42) are arranged to be sensitive to radiation resulting from the interaction.
25. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 24, caractérisé en ce que les molécules (20) sont des acides nucléiques, des protéines ou de peptides.25. Device according to any one of claims 1 to 24, characterized in that the molecules (20) are nucleic acids, proteins or peptides.
26. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 25, caractérisé en ce qu'il est agencé de sorte que la molécule à analyser se trouve dans le liquide avant mise en contact du liquide avec le support .26. Device according to any one of claims 1 to 25, characterized in that it is arranged so that the molecule to be analyzed is present in the liquid before bringing the liquid into contact with the support.
27. Procédé d'analyse d'une molécule, caractérisé en ce qu' il comprend les étapes consistant à :27. Method for analyzing a molecule, characterized in that it comprises the steps consisting in:
- fixer au moins une molécule (20) à un support (8 ; 108) ; et- attach at least one molecule (20) to a support (8; 108); and
- mettre un liquide (52) contenu dans une chambre (26 ; 126) en contact avec le support, la chambre étant rigidement fixée au support.- Putting a liquid (52) contained in a chamber (26; 126) in contact with the support, the chamber being rigidly fixed to the support.
28. Procédé selon la revendication 27, caractérisé en ce que la molécule à analyser se trouve dans le liquide avant mise en contact du liquide avec le support . 28. The method of claim 27, characterized in that the molecule to be analyzed is in the liquid before bringing the liquid into contact with the support.
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