FR2918900A1 - Dispositif et procede pour la separation des composantes d'une suspension et en particulier du sang - Google Patents

Dispositif et procede pour la separation des composantes d'une suspension et en particulier du sang Download PDF

Info

Publication number
FR2918900A1
FR2918900A1 FR0705180A FR0705180A FR2918900A1 FR 2918900 A1 FR2918900 A1 FR 2918900A1 FR 0705180 A FR0705180 A FR 0705180A FR 0705180 A FR0705180 A FR 0705180A FR 2918900 A1 FR2918900 A1 FR 2918900A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
suspension
slot
ducts
partition
conduits
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
FR0705180A
Other languages
English (en)
Inventor
Herve Rostaing
Jean Luc Achard
Patrick Pouteau
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority to FR0705180A priority Critical patent/FR2918900A1/fr
Priority to PCT/FR2008/000961 priority patent/WO2009024678A2/fr
Publication of FR2918900A1 publication Critical patent/FR2918900A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B5/00—Other centrifuges
    • B04B5/04—Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers
    • B04B5/0442—Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers with means for adding or withdrawing liquid substances during the centrifugation, e.g. continuous centrifugation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D21/00—Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
    • B01D21/0039—Settling tanks provided with contact surfaces, e.g. baffles, particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D21/00—Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
    • B01D21/0087—Settling tanks provided with means for ensuring a special flow pattern, e.g. even inflow or outflow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D21/00—Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
    • B01D21/26—Separation of sediment aided by centrifugal force or centripetal force
    • B01D21/265—Separation of sediment aided by centrifugal force or centripetal force by using a vortex inducer or vortex guide, e.g. coil
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502753—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by bulk separation arrangements on lab-on-a-chip devices, e.g. for filtration or centrifugation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2221/00—Applications of separation devices
    • B01D2221/10—Separation devices for use in medical, pharmaceutical or laboratory applications, e.g. separating amalgam from dental treatment residues
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/26—Further operations combined with membrane separation processes
    • B01D2311/2676—Centrifugal separation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0681—Filter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0803—Disc shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0409—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces centrifugal forces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0415—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces electrical forces, e.g. electrokinetic
    • B01L2400/0418—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces electrical forces, e.g. electrokinetic electro-osmotic flow [EOF]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0415—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces electrical forces, e.g. electrokinetic
    • B01L2400/0421—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces electrical forces, e.g. electrokinetic electrophoretic flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/08—Regulating or influencing the flow resistance
    • B01L2400/084—Passive control of flow resistance
    • B01L2400/086—Passive control of flow resistance using baffles or other fixed flow obstructions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B5/00—Other centrifuges
    • B04B5/04—Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers
    • B04B5/0442—Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers with means for adding or withdrawing liquid substances during the centrifugation, e.g. continuous centrifugation
    • B04B2005/045—Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers with means for adding or withdrawing liquid substances during the centrifugation, e.g. continuous centrifugation having annular separation channels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B5/00—Other centrifuges
    • B04B5/04—Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers
    • B04B5/0442—Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers with means for adding or withdrawing liquid substances during the centrifugation, e.g. continuous centrifugation
    • B04B2005/0457—Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers with means for adding or withdrawing liquid substances during the centrifugation, e.g. continuous centrifugation having three-dimensional spirally wound separation channels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M47/00—Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
    • C12M47/02—Separating microorganisms from the culture medium; Concentration of biomass

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • External Artificial Organs (AREA)
  • Medicines Containing Material From Animals Or Micro-Organisms (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Abstract

Dispositif pour la séparation d'une suspension liquide (S) constituée par une phase continue liquide (PL) et au moins une phase dispersée (GB, GR), lesdites phases ayant des densités différentes, ledit dispositif comportant : un premier conduit (C1) présentant au moins une portion courbe ; au moins un deuxième conduit (C2), présentant également une portion courbe, s'étendant parallèlement audit premier conduit du côté extérieur de la portion courbe de ce dernier ; et au moins une cloison (CL), séparant lesdits premier et deuxième conduits et présentant à son tour une portion courbe ; dans lequel ladite cloison présente une fente (F) continue ou discontinue, s'étendant le long de la portion courbe de la cloison et mettant en communication lesdits premier et deuxième conduits de manière à permettre des échanges de matière entre eux.Procédé pour la séparation d'une suspension liquide (S) à l'aide d'un tel dispositif.

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE POUR LA SEPARATION DES COMPOSANTES D'UNE SUSPENSION
ET EN PARTICULIER DU SANG L'invention porte sur un dispositif et un procédé pour la séparation des composantes d'une suspension liquide, en particulier du sang.
On entend par suspension liquide une suspension comportant une phase continue liquide et au moins une phase dispersée qui peut être soit liquide (gouttelettes immiscibles avec la phase continue), soit solide (particules, telles que les cellules du sang), les propriétés mécaniques globales de la suspension étant essentiellement celles d'un liquide.
La séparation des composantes d'une suspension se fait le plus souvent par centrifugation, à l'aide de centrifugeuses mécaniques. Le principe de la centrifugation est que, lorsqu'un échantillon de la suspension à séparer est mis en rotation rapide, la force centrifuge tend à entraîner la composante la plus dense (par exemple, les cellules du sang dispersées dans le plasma) vers l'extérieur. En variante, mais seulement pour les suspensions présentant une phase dispersée solide, on peut avoir recours au filtrage. Or, les dispositifs conventionnels de centrifugation ou de filtrage ne se prêtent pas à être miniaturisés ; cela est particulièrement vrai pour les centrifugeuses, qui présentent des parties en mouvement. Il serait désirable de disposer de dispositifs de séparation, en particulier pour le sang, pouvant être miniaturisés, et de préférence intégrés à un dispositif microfluidique. L'article de Wei Wang et al. Microfluidic centrifugation in a spiral microchannel , actes de la 10e International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences -pTAS2006, 5 û 9 novembre 2006, Tokyo, Japon, décrit un procédé de centrifugation microfluidique. Le principe de ce procédé consiste à faire circuler du sang dans un conduit enroulé en spirale ; l'accélération centrifuge peut atteindre 2000g (g étant l'accélération de pesanteur au niveau de la mer, environ 9,81 m/s2), ce qui entraîne une concentration des cellules du sang dans la partie externe du conduit. Cependant, ce procédé n'est pas satisfaisant, car les globules blancs ne sont concentrés que d'un facteur 6 tandis que les globules rouges, plus légers car plus petits, ne sont pratiquement pas concentrés. La séparation des suspensions dans des dispositifs microfluidiques connus de l'art antérieur est susceptible d'être gênée par l'apparition d'écoulements secondaires qui tendent à brasser la suspension que l'on voudrait séparer. Parmi ces écoulements secondaires, il convient de mentionner plus particulièrement les vortex (ou cellules) de Dean, qui apparaissent dans les conduits courbes sous l'effet de la force centrifuge, des forces visqueuses (ou éventuellement turbulentes) résistantes et du gradient de pression moteur. Les vortex de Dean se caractérisent par un mouvement secondaire, superposé à l'écoulement principal axial, qui est constitué de deux cellules contrarotatives dans le plan de section dudit écoulement principal Ces vortex, connus de l'art antérieur, sont utilisés en microfluidique pour améliorer le mélange de liquides différents ; par conséquent ils sont généralement considérés comme nuisibles lorsqu'on cherche à effectuer l'opération inverse, à savoir la séparation des composantes d'un mélange hétérogène. L'article de Shinichi Ookawara et al, Numerical study on development of particle concentration profiles in a curved microchannel , Chemical Engineering Science 61, 2006, pages 3714 ù 3724 étudie l'influence des cellules de Dean sur la séparation des particules contenues dans une suspension s'écoulant dans un conduit en forme d'arc de cercle. Il résulte de cette étude que, lorsque la suspension est très diluée, les particules ont tendance à se concentrer au centre des cellules de Dean. Comme la force centrifuge décale les centres des cellules vers l'extérieur du conduit, cela permet une certaine séparation, de moins pour les particules de dimensions relativement grandes (diamètre équivalent d de plus de 10 pm). Les auteurs atteignent par simulation une concentration maximale d'un facteur 15 pour des particules de 20 pm de diamètre présentant une densité 1,19 g/cm3, dans une suspension diluée dans laquelle la fraction volumique de la phase dispersée par rapport à la phase continue est de l'ordre de 610-4.
Mais l'efficacité de la séparation décroît rapidement à l'augmenter de la concentration de la suspension et au diminuer de la taille des particules. Le procédé mis en oeuvre par ces auteurs ne peut donc pas être appliqué à la séparation des cellules du sang, dont la fraction volumique est de l'ordre de 0,45. Un but de l'invention est de remédier à certains au moins des inconvénients de l'art antérieur et procurer un dispositif de séparation des composantes d'une suspension liquide, et en particulier des cellules du sang, pouvant être aisément miniaturisé.
D'une manière avantageuse, le dispositif de l'invention doit présenter une structure simple et pouvoir être fabriqué de manière économique. Un tel but peut être atteint par un dispositif comportant un premier conduit présentant au moins une portion courbe ; et étant caractérisé en ce qu'il comporte également : au moins un deuxième conduit, présentant également une portion courbe, s'étendant parallèlement audit premier conduit du côté extérieur de la portion courbe de ce dernier ; et au moins une cloison, séparant lesdits premier et deuxième conduits et présentant à son tour une portion courbe ; dans lequel ladite cloison présente une fente continue ou discontinue, s'étendant le long de la portion courbe de la cloison et mettant en communication lesdits premier et deuxième conduits de manière à permettre des échanges de matière entre eux. Selon des modes de réalisation particuliers de l'invention : - Le dispositif peut comporter en outre au moins un troisième conduit, présentant également une portion courbe, s'étendant parallèlement audit deuxième conduit du côté extérieur de la portion courbe de ce dernier ; et au moins une deuxième cloison, séparant lesdits deuxième et troisième conduits et présentant à son tour une portion courbe ; ladite deuxième cloison présentant une deuxième fente continue ou discontinue, s'étendant le long de la portion courbe de cette dernière et mettant en communication lesdits deuxième et troisième conduits, les dimensions de cette deuxième fente étant inférieures à celle de la fente mettant en communication lesdits premier et deuxième conduits. - Les dimensions de ladite ou chaque fente peuvent être suffisantes pour permettre des échanges de ladite ou d'au moins une phase dispersée entre les deux conduits qu'elle met en communication. En particulier ladite ou chaque fente peut présenter une hauteur, mesurée perpendiculairement au rayon de courbure de la cloison, comprise entre 0,05 pm et 2 mm. - En variante, les dimensions de ladite fente peuvent être suffisamment petites pour empêcher l'échange de ladite ou d'au moins une phase dispersée entre les deux conduits. En particulier ladite fente peut présenter une hauteur, mesurée perpendiculairement au rayon de courbure de la cloison, comprise entre 0,05 pm et 15 pm. - Ladite ou au moins une desdites fentes peut être une fente discontinue constituée par une pluralité d'ouvertures élémentaires alignées le long de la portion courbe de ladite cloison, lesdites ouvertures élémentaires présentant une forme en entonnoir de manière à favoriser le passage unidirectionnel d'au moins une phase dispersée entre les conduits qu'elle met en communication. - En variante, ladite ou chaque fente peut être une fente continue. - Ladite ou au moins une desdites fentes peut être située sensiblement à mi-hauteur de la cloison correspondante, la hauteur étant mesurée perpendiculairement au rayon de courbure de cette dernière. - La portion courbe de ladite ou chaque cloison de séparation peut présenter un rayon de courbure compris entre 50 pm et 20 cm, et de préférence entre 2 mm et 50 mm. - Ladite ou chaque fente peut s'étendre sur une longueur comprise entre 10 mm et 20 m. - Lesdits conduits peuvent présenter une hauteur maximale, mesurée perpendiculairement au rayon de courbure de la cloison, 30 comprise entre 20 pm et 10 mm et une largeur, mesurée parallèlement au rayon de courbure, comprise entre 0,05 et 10 fois ladite hauteur. - Lesdits conduits peuvent présentent une section sensiblement rectangulaire, ou bien présenter des parois convergentes en direction de ladite ou de l'une desdites fentes, ou encore une section sensiblement cylindrique. - Lesdits conduits peuvent présenter, à l'une de leurs extrémités, une section d'entrée commune pour l'introduction de ladite suspension à séparer. - En variante, l'un seul desdits conduits peut présenter, à l'une de ses extrémités, une section d'entrée pour l'introduction de ladite suspension à séparer, l'autre ou les autres conduits étant fermés au niveau de l'extrémité correspondante. Dans ce cas, le ou les conduits fermés au niveau de l'extrémité d'entrée peuvent également être fermés au niveau de l'extrémité opposée, et/ou présenter une structure discontinue. - Lesdits conduits et cloison ou cloisons peuvent être enroulés en forme de spirale, ou bien être bouclés sur eux-mêmes de manière à former un anneau fermé. - Le dispositif peut présenter une structure planaire, ou bien être constitué par un empilement de dispositifs élémentaires (ayant une structure planaire). Avantageusement, ledit dispositif planaire ou chaque dispositif élémentaire planaire peut être réalisé par gravure à partir d'au moins un substrat planaire. Plus particulièrement, ledit dispositif ou chaque dispositif élémentaire peut être réalisé en disposant face à face deux substrats planaires gravés de manière à définir lesdits conduits et ladite ou lesdites fentes. - Le dispositif de l'invention peut comporter également un moyen pour injecter ladite suspension à séparer dans au moins un desdits conduits. - Le dispositif de l'invention peut comporter également un moyen pour impartir à ladite suspension une vitesse axiale d'écoulement dans au moins un desdits conduits. Ce moyen peut être une pompe d'injection de ladite suspension dans ledit ou chaque conduit ou une micropompe intégrée au dispositif. En tout cas, ledit moyen peut être adapté pour impartir à ladite suspension une vitesse d'écoulement comprise entre 0,1 mm/s et 10 m/s, et de préférence entre 10 cm/s et l m/s. - Au moins l'un desdits conduits peut comporter également un ensemble d'électrodes adaptées pour engendrer un champ électrique dont les lignes de force convergent vers ladite fente ou divergent à partir de cette dernière. - Au moins l'un desdits conduits peut présenter, sur sa paroi intérieure, des rainures s'étendant en biais par rapport à une direction axiale dudit conduit, lesdites rainures étant adaptées pour favoriser l'instauration de vortex secondaires lorsqu'un liquide s'écoule dans ledit conduit. - Au moins l'un desdits conduits peut comporter également un ensemble d'électrodes pour engendrer un champ électrique de configuration adaptée pour favoriser, par effet électroosmotique, l'instauration de vortex secondaires lorsqu'une suspension s'écoule dans ledit conduit. - Le dispositif peut comporter également un moyen pour mettre en rotation l'ensemble constitué par lesdits conduits et la ou les closions les séparant, l'axe de rotation étant sensiblement perpendiculaire au rayon de courbure de ladite ou de chaque cloison. Un autre objet de l'invention est un procédé pour la séparation d'une suspension liquide constituée par une phase continue liquide et au moins une phase dispersée, lesdites phases ayant des densités différentes, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à : introduire ladite suspension liquide dans un dispositif selon l'une des revendications précédentes ; impartir à ladite suspension une vitesse axiale d'écoulement suffisante pour permettre le développement d'écoulements secondaires ; et extraire, en correspondance d'une section de sortie d'au moins un desdits canaux, une fraction de ladite suspension enrichie en au moins une desdites phases.
Selon des modes particuliers de réalisation du procédé de l'invention : -Le dispositif peut présenter au moins une fente de dimensions suffisantes pour permettre des échanges de ladite ou d'au moins une phase dispersée de la suspension à séparer entre les deux conduits mis en communications par ladite fente ; et la vitesse d'écoulement de la suspension à séparer dans le dispositif peut être suffisante pour permettre le transfert de la phase la plus dense du conduit situé du côté intérieur de ladite fente vers le conduit situé du côté l'extérieur sous l'effet combiné de la force centrifuge et des écoulements secondaires. - L'écoulement de la suspension à séparer peut être caractérisé par un nombre de Dean compris entre 1 et 100 et de préférence entre 10 et 50. - Ledit dispositif peut être mis en rotation autour d'un axe 15 sensiblement perpendiculaire au rayon de courbure de ladite ou de chaque cloison. - Ladite phase dispersée, ou au moins une desdites phases dispersées, de la suspension à séparer peut être constituée par des particules solides présentant une densité supérieure à celle de ladite phase 20 continue liquide. En particulier, ladite suspension à séparer peut être du sang. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple et qui représentent, respectivement : - les figures 1 et 2 des vues en coupe, respectivement 25 longitudinale et transversale, d'un dispositif de l'invention comportant deux conduits parallèles ; - la figure 3A, une vue en coupe transversale de ce dispositif, appliqué à la séparation des cellules du sang ; - la figure 3B, une vue en coupe transversale d'un dispositif 30 de l'invention comportant trois conduits parallèles, également appliqué à la séparation des cellules du sang ; les figures 4A et 4B, des vues en coupe longitudinale de dispositifs de l'invention dans lesquels le conduit extérieur est fermé à ses deux extrémités; - les figures 5A à 5D, des vues en coupe transversale de dispositifs de l'invention comportant des conduits de formes différentes ; les figures 6A, 6B et 6C des vues de détail de la cloison de séparation de dispositifs selon différents modes de réalisation de l'invention ; - la figure 7A, une vue en coupe longitudinale d'un 10 dispositif de l'invention présentant une structure planaire et une forme en spirale ; la figure 7B, une vue en coupe longitudinale d'un dispositif de l'invention présentant une structure planaire et une forme en anneau ; la figure 8, une vue en section d'un dispositif selon la figure 7A ou 7B, mettant en évidence sa structure formée par l'assemblage de deux substrats planaires gravés ; et - la figure 9, une vue en élévation d'un dispositif constitué par une superposition de dispositifs élémentaires de type planaire ; - la figure 10, un moyen qui peut être utilisé pour impartir une vitesse d'écoulement à un liquide dans un dispositif de l'invention ; - les figures 11, 12 et 13 des vues en coupe transversale de dispositifs comportant des moyens électriques ou hydrauliques d'aide à la séparation ; et 25 - la figure 14, un dispositif selon une variante de l'invention dans laquelle l'ensemble constitué par les conduits et la ou les cloisons les séparant peuvent être mis en rotation. Avant de décrire en détail les différents modes de réalisation de l'invention, il est opportun d'apporter quelques précisions sur les cellules 30 (vortex) de Dean. Dans un conduit droit dans lequel s'écoule un fluide, le profil de vitesse axiale dudit fluide décroît du centre du conduit vers la paroi, où elle 15 20 s'annule. Ce profil, dit de Poiseuille, résulte en tout point d'un équilibre entre les forces visqueuses (ou éventuellement turbulentes) résistantes et le gradient de pression moteur, qui est axial et uniforme dans le plan de section de l'écoulement. Afin de s'opposer à la force centrifuge du fluide, qui est proportionnelle au carré de la vitesse axiale, dans une conduite courbe, il naît en outre un gradient de pression radial, dirigé vers le centre de la courbure et donc de la partie externe du conduit vers sa partie interne. La vitesse axiale étant importante au centre de l'écoulement, c'est prioritairement dans cette zone centrale que s'établit cet équilibre. A la périphérie en revanche, où les forces centrifuges décroissent, le gradient de pression qui a été créé au centre ne peut être compensée que par les forces visqueuses. Ces dernières mettent alors en mouvement le fluide qui longe ainsi les parois supérieure et inférieure du conduit, depuis l'extérieur jusqu'à l'intérieur. Suite à des considérations de conservation de masse, le fluide revient de l'intérieur vers l'extérieur en passant par le plan médian du conduit. Globalement, il en résulte un mouvement secondaire (dans le plan de section de l'écoulement principal) constitué de deux cellules contrarotatives qui se superpose à l'écoulement axial. Le développement des écoulements secondaires peut être 20 caractérisé par un nombre adimensionnel dit nombre de Dean et défini par De-R&\1 Rhc où Ré est le nombre de Reynolds d'un conduit Ré=W Dh w, étant la vitesse axiale moyenne de l'écoulement, Dh le diamètre hydraulique du conduit, R, son rayon de courbure et v la viscosité cinématique de la suspension. 25 En général, un nombre de Dean compris entre 1 et 100, et de préférence entre 10 et 50, s'avère adéquat à la mise en oeuvre de l'invention. Un dispositif selon l'invention est représenté, dans sa forme la plus simple, sur les figures 1, 2 et 3A. Un tel dispositif est constitué essentiellement par deux conduits parallèles Cl et C2, comportant chacun 30 une portion courbe Cl, C'2 respectivement. D'une manière conventionnelle, 'o on appelle premier conduit Cl le conduit situé du côté intérieur de la courbure, et deuxième conduit C2 le conduit situé du côté extérieur. Les conduits Cl, C2 sont séparés par une cloison CL, présentant à son tour une portion courbe CL'. Une fente F s'étend le long de la partie courbe CL' de cette cloison, mettant en communication les deux conduits Cl, C2 de manière à permettre des échanges de matière entre eux. Le terme fente doit être compris d'une manière générale : il peut s'agir d'une fente continue, mais également d'une fente discontinue, constituée par une pluralité d'ouvertures élémentaires alignées le long de la cloison.
La figure 1 montre une coupe longitudinale du dispositif selon la ligne 1-1 de la figure 2 ; la figure 2 montre une coupe transversale du dispositif selon la ligne II-ll de la figure 1. Dans l'exemple considéré ici, les deux conduits Cl et C2 présentent une section constante de forme rectangulaire, dont la hauteur H, H' peut être comprise entre 20 pm et 10 mm et la largeur L, L' entre 0,05 et 10 fois ladite hauteur ; on entend par hauteur la dimension mesurée perpendiculairement au rayon de courbure. Dans le cas de la figure 2, les deux conduits sont identiques : H=H', L=L' ; cela n'est qu'un choix parmi d'autres et ne constitue nullement une caractéristique essentielle de l'invention. La fente F, du type continu, a une hauteur h comprise entre 0,05 pm et 2 mm et une longueur 1 (égale à la largeur de la cloison CL) comprise entre 10 mm et 20 m. La figure 2 montre que la fente F subdivise la cloison CL en une partie supérieure et une partie inférieure de hauteur a et (3 respectivement, avec a+(3+h=H. Pour des raisons qui apparaîtront clairement par la suite, il est préférable que la fente F soit située approximativement à mi-hauteur de la cloison CL ; plus généralement, le rapport a/(3 est compris, de préférence entre 0,1 et 0,9. La portion courbe CL' de la cloison CL a un rayon de 30 courbure Rc qui est généralement compris entre 50 pm et 20 cm, et de préférence entre 2 et 50 mm.
Il Comme expliqué plus haut, lorsqu'un liquide s'écoule dans les conduits Cl et C2, par exemple dans le sens indiqué par les flèches E, des écoulements secondaires apparaissent, et plus particulièrement des vortex de Dean VD. On peut voir que dans chaque conduit se développent deux vortex symétriques, l'un dans la partie supérieure du conduit et l'autre dans la partie inférieure. L'écoulement secondaire est dirigé vers l'extérieur au niveau de la section médiane des conduits (à mi-hauteur), et vers l'intérieur au niveau des parois supérieures et inférieures des conduits. La suspension à séparer est introduite dans le dispositif au niveau de son extrémité d'entrée EX1 avec une vitesse appropriée. L'introduction de la suspension peut se faire notamment à l'aide d'une pompe à seringue. La figure 3A illustre le principe de fonctionnement du dispositif des figures 1 et 2, appliqué au fractionnement du sang. Le sang est une suspension comportant une phase continue liquide, le plasma PL, et une pluralité de phases dispersées solides plus denses que ladite phase continue, les cellules ; dans un souci de simplicité, on ne considère que deux phases dispersées, les globules blancs GB (qui, en réalité, sont à leur tour diversifiés) et les globules rouges , GR, plus nombreux et de plus faibles dimensions. La fraction volumique cumulée des phases dispersées est d'environ 0,45. Il est important d'observer que les globules blancs et rouges GB, GR (qui ne sont pas représentés à l'échelle) ont un diamètre d inférieur à la hauteur h de la fente : ils peuvent donc passer d'un conduit à l'autre par l'intermédiaire de cette dernière.
Conformément à l'invention, du sang S est injecté dans les deux conduits Cl et C2 au niveau de l'extrémité d'entrée EX1 du dispositif, et des vortex de Dean apparaissent au sein de son écoulement laminaire. Dans le premier conduit Cl, disposé du côté intérieur, ces vortex de Dean ont l'effet de rapprocher les cellules du sang GB, GR, de la fente F. Ensuite, la force centrifuge FC pousse ces dernières vers l'extérieur, et donc vers le deuxième conduit C2 à travers la fente F. Dans le deuxième conduit C2, disposé du côté extérieur, la force centrifuge et l'entraînement par les vortex de Dean contribuent à éloigner les cellules GB, GR de la fente F et à empêcher leur diffusion vers le premier conduit Cl. Au final, au niveau de l'extrémité de sortie EX2 du dispositif, on obtient une concentration des cellules dans le deuxième conduit C2.
On observe que le courant dirigé vers la fente F induit par les vortex de Dean dans le premier conduit est localisé à mi-hauteur de ce dernier. C'est pour cette raison qu'il est généralement préférable que la fente F soit située à mi-hauteur de la cloison CL. On considère maintenant plus en détail le principe de 10 fonctionnement du dispositif de la figure 3A. Le gradient de pression axial commun aux deux conduits Cl et C2 s'étend en effet à l'intérieur de la fente F d'épaisseur h et de largeur I, avec h > I L'écoulement de vitesse moyenne wf (vitesse axiale) qui s'y manifeste est un écoulement de Poiseuille dont la vitesse locale décroît 15 depuis le centre jusqu'à se raccorder avec celle les écoulements axiaux dans les conduits adjacents. Ainsi, au sein de la fente et également dans son voisinage, il apparaît qu'une particule de diamètre d est soumise à une force centrifuge motrice à laquelle s'oppose une force de traînée. La vitesse de transit Vt d'un canal à un autre (perpendiculaire à la vitesse axiale wf), 20 résultant de l'équilibre de ces deux forces et pour un liquide porteur immobile radialement, est Vt a (Of (KY [(pg/pc)-lJv/Rc) où Rfe est le nombre de Reynolds associé à la fente, Ré = wf h / v, v étant la viscosité cinématique de la phase continue de la suspension, pc sa densité et pg la densité des particules formant la phase dispersée. Le transfert d'une particule, depuis le 25 premier conduit Cl jusqu'au second C2 est réalisé si pg est supérieur à pc. Ce premier conduit est dit émetteur et le second récepteur. Simultanément une particule dans le second conduit ne peut être transférée dans le premier. Les propositions inverses sont vraies si pc est supérieur à pg. Pour estimer la trajectoire de la particule, il faut également 30 tenir compte d'un effet d'entraînement si le liquide porteur est mobile. Or des écoulements secondaires apparaissent dans la fente, comme dans les conduits adjacents. Pour ce qui concerne la fente, ces écoulements dont l'échelle Vs est donnée par Vs a (Re)- (v/Rc) sont des perturbations. Afin que VS reste négligeable par rapport Vt, on voit qu'un moyen est de réduire le nombre de Reynolds Rfe en dessous de l'unité. Un autre moyen plus avantageux est que (cj/h) soit le plus grand possible, ce qui signifie que l'épaisseur h de la fente F doit varier entre une fraction de d (les globules sont déformables) et quelques fois d ; typiquement, h peut être compris entre 0,l d et 10d. Le dispositif de la figure 3B se différencie de celui des figures 1 à 3A en ce qu'il comporte également un troisième conduit C3, disposé à l'extérieur du conduit C2 et séparé de ce dernier par une deuxième cloison CL2, le long de laquelle court une deuxième fente F2. La deuxième fente F2 présente une hauteur h2 qui est inférieure à la hauteur h de la fente F mettant en communication le premier et le deuxième conduit, et qui est même inférieure au diamètre des globules blancs GB, mais supérieure à celui des globules rouges GR. Comme expliqué plus haut, l'effet combiné de la force centrifuge et de l'entraînement par les vortex de Dean induit une migration des cellules GB, GR du premier vers le deuxième conduit. Ces mêmes forces auraient tendance à induire une migration des cellules du deuxième vers le troisième conduit, mais seuls les globules rouges peuvent traverser la deuxième fente F2. On obtient ainsi un fractionnement complet du sang : le plasma PL reste majoritairement dans le premier conduit Cl, les globules blancs GB se concentrent dans le deuxième conduit C2 et les globules rouges GR dans le troisième conduit C3.
Un dispositif selon l'invention peut également être utilisé pour la séparation partielle d'une suspension dans laquelle les particules constituant la phase dispersée sont trop grandes pour pouvoir traverser la fente F. Dans ce cas, la suspension est injectée dans le conduit interne Cl, et la force centrifuge pousse la phase continue vers le conduit externe C2, tandis que la fente F agit comme un filtre pour retenir lesdites particules. Dans ce mode de réalisation de l'invention, les cellules de Dean ont essentiellement la fonction d'empêcher l'accumulation des particules au niveau de la fente, ce qui pourrait gêner le transfert de phase continue du conduit interne vers le conduit externe. Dans les dispositifs des figures 1 à 3B, les conduits présentent une section constante et la suspension à séparer est introduite dans une section d'entrée commune SX1. Ces caractéristiques ne sont cependant pas essentielles. Ainsi, par exemple, il est possible de n'introduire la suspension que dans une section d'entrée d'un seul conduit, par exemple le premier, tandis que les autres conduits sont fermés à leur extrémité correspondante. Particulièrement dans ce cas, il est opportun que la section des conduits ne soit pas constante. Ainsi, le conduit dans lequel on injecte la suspension pourra se rétrécir progressivement, tandis que les conduits présentant une extrémité fermée, qui sont initialement vides et se remplissent progressivement à travers les fentes correspondantes, pourront présenter une section croissante. Conformément à un autre mode de réalisation de l'invention, l'introduction de la suspension à séparer peut se faire au niveau de l'extrémité d'entrée EX1' d'un seul conduit, tandisque l'autre ou les autres conduits sont fermés aux deux extrémités EX1", EX2" pour constituer des sortes de poches de collecte pour les phases séparées. C'est en particulier le cas du dispositif de la figure 4A, dans lequel le sang S est introduit dans le premier conduit Cl, les cellules GB, GR se concentrent dans le deuxième conduit C2, fermé à ses extrémités et à la sortie EX2' du premier conduit on récupère essentiellement du plasma PL pur.
Dans la variante de la figure 4B, le deuxième conduit C2 est discontinu, étant segmenté par des cloisons radiales CLR. Un point commun entre les différents modes de réalisation est l'utilisation d'une structure comportant une pluralité de conduits courbes communiquant par l'intermédiaire de fentes. Cette structure empêche que les écoulements secondaires induisent un brassage généralisé de la suspension qui s'opposerait à la séparation. Localisés dans chaque conduit, les écoulements secondaires peuvent donc avoir un rôle bénéfique en coopérant avec la force centrifuge pour rapprocher ou éloigner, en fonction du mode de réalisation considéré, la phase dispersée de la suspension des fentes reliant les conduits entre eux. Plus précisément, les cellules de Dean accomplissent trois 5 fonctions distinctes : - elles balayent toutes les particules dans le conduit émetteur de particules (Cl, dans le cas de particules plus denses que la phase continue de la suspension, C2 dans le cas opposé) et les conduisent par entraînement devant la fente F ; 10 -elles disposent les particules devant la fente dans une zone où le liquide porteur s'immobilise progressivement de sorte que la force centrifuge soit prépondérante vis a vis des forces d'entraînement ; et dans le conduit récepteur, elles éloignent les particules de la fente F. 15 La section transversale des conduits d'un dispositif selon l'invention ne doit pas nécessairement être rectangulaire. D'autres formes peuvent s'avérer avantageuses, notamment pour diriger les particules vers la fente. Ainsi, dans les modes de réalisation des figures 5A et 5B, le premier conduit présente des parois PC1, PC2 qui convergent vers la fente F. Ainsi le 20 transfert unidirectionnel de particules du premier au deuxième conduit se trouve favorisé par un effet d'entonnoir. Un résultat semblable peut être obtenu en utilisant des conduits présentant une section cylindrique, comme le conduit Cl du dispositif de la figure 5C et les conduits Cl et C2 du dispositif de la figure 5D. 25 Les figures 6A, 6B et 6C montrent trois modes de réalisation possibles de la cloison CL. Plus précisément, chacune de ces figures représente la partie inférieure d'une cloison d'un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention. Dans le cas de la figure 6A, chaque partie de la cloison CL 30 est constitué d'une paroi continue, CL, d'hauteur R (pour la partie inférieure) ou a (pour la partie supérieure). II en résulte une fente continue d'hauteur h=H-a-(3.
Dans le cas de la figure 6B, chaque partie de la cloison CL est constitué d'une paroi continue, CLA d'hauteur (3 (pour la partie inférieure) ou a (pour la partie supérieure). Cette paroi est surmontée par des créneaux en forme de parallélépipède CB, de hauteur h/2, avec h=H-a-13. Dans le dispositif complet, les sommets des créneaux de la partie inférieure (seule représentée) viennent en contact avec les sommets des créneaux de la partie supérieure. II en résulte une fente discontinue constituée par une succession d'ouvertures rectangulaires O de hauteur h. Dans le cas de la figure 6C, les créneaux ont une forme de 1 o prisme à base trapézoïdale. II en résulte une fente discontinue constituée par une succession d'ouvertures O' ayant une forme en entonnoir qui favorise le passage unidirectionnel de particules du premier vers le deuxième conduit (ou inversement). Quel que soit le mode de réalisation choisi, il est 15 généralement nécessaire que la séparation des composantes de la suspension se poursuive sur une longueur suffisante. La longueur (axiale) de séparation doit être au minimum égale à (I/Vt)-wf où I est la longueur radiale de la fente, Vt la vitesse de transit des particules dans la fente et Wf la vitesse axiale moyenne de la suspension. De plus, le conduit doit présenter une 20 longueur suffisante pour permettre l'établissement des écoulements secondaires souhaités pour cela il faut une longueur de l'ordre de Dh• Ré / 16. Concrètement, la longueur de séparation est au moins égale à 10 mm, et peut atteindre plusieurs mètres. 25 La figure 7A montre un premier mode de réalisation d'un dispositif de l'invention, présentant une forme en spirale. La suspension à séparer peut être introduite par un port d'entrée PE situé au centre du dispositif et les composantes séparées être récupérées à l'extrémité extérieure, via des ports de sortie PSI, PS2, solution représentée sur la 30 figure, ou inversement. L'avantage de cette solution est d'être particulièrement compacte, car la séparation se fait en continu sur toute la
17 longueur des conduits. Cette longueur peut être très important, même dans un dispositif de dimensions relativement petites : un conduit d'un diamètre de 1 mm et d'une longueur de 20 m peut être enroulé en une spirale de seulement 20 cm de diamètre.
La figure 7B montre un mode de réalisation alternatif, dans lequel les conduits Cl et C2 sont bouclés sur eux-mêmes de manière à former une structure en anneau. Des ports P1, P2 sont prévus dans les parois desdits conduits pour introduire la suspension et récupérer ses composantes séparées.
Les dispositifs des figures 7A et 7B ne comportent que deux conduits, mais il ne s'agit là nullement d'une limitation de l'invention. D'une manière avantageuse, un dispositif selon l'invention peut être réalisé en forme planaire, de manière à constituer une puce microfluidique. La figure 8 montre une vue en section d'un dispositif du même type que celui des figures 1 et 2, dans lequel les conduits Cl, C2 et la fente F sont définis par gravure de deux substrats SUBI, SUB2. Les substrats gravés sont ensuite disposés face à face et reliés entre eux à l'aide d'une couche de liaison CLI. Les substrats SUBI, SUB2 peuvent être, par exemple, en silicium ou en verre, et être gravés par des techniques photolithographiques classiques. Un dispositif selon l'invention peut également être constitué par une superposition de dispositifs élémentaires Dl, D2, D3, D4, D5 de type planaire, comme représenté sur la figure 9. La figure montre une vue en élévation d'un tel dispositif, ainsi qu'une vue en plan du dispositif élémentaire D5. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure, chaque dispositif élémentaire présente deux conduits Cl, C2 formant un anneau ouvert, dans lesquels la suspension partiellement séparée entre, en provenance du dispositif élémentaire précédent, par deux ports d'entrée PE1, PE2 et sort, en direction du dispositif élémentaire suivant, par deux ports de sortie PSI, PS2.
Le dispositif de l'invention doit disposer d'un moyen, externe ou interne, permettant de mettre en mouvement la suspension liquide dans au moins un desdits conduits.
La mise en mouvement de la suspension S peut s'effectuer lors de son introduction au niveau de son extrémité d'entrée, à l'aide notamment d'une pompe à seringue SE, comme représenté sur la figure 10A.
En variante, la mise en mouvement de la suspension peut se faire après son introduction, à l'aide d'un dispositif intégré. On remarque que cette solution s'impose dans le cas d'un dispositif en anneau tel celui de la figure 7B.
Un tel dispositif intégré peut être constitué par une micropompe : voir à ce sujet l'article de Woias, Micropumps ù past, progress and future prospects , Sensors and Actuators B 105, 2005, pages 28ù38.
Quel que soit le moyen d'actionnement utilisé, la vitesse moyenne w, de la suspension S dans chaque conduit est de préférence telle que wf / w, oc (h/Dh)2 où D" est le diamètre hydraulique du conduit considéré.
De préférence, cette vitesse doit être comprise entre 0,1 mm/s et 10 m/s. En tout cas, la vitesse wo doit être suffisante pour que l'écoulement présente un nombre de Dean supérieur ou égal à 1, et de préférence supérieur ou égal à 10, et en particulier compris entre 10 et 50. En effet, une fois fixées la géométrie des conduits et les propriétés physiques de la suspension, le
3 nombre de Dean De D" wc dépend exclusivement de la vitesse wc. 2R, v Les figures 11 à 14 représentent des variantes de l'invention comportant des moyens auxiliaires destinés à favoriser la séparation de la suspension S.
Le dispositif de la figure 11 comporte un ensemble d'électrodes EL1, EL2 adaptées pour engendrer un champ électrique dont les lignes de force LF1 partent de la paroi latérale du conduit émetteur Cl, convergent vers la fente F et s'étendent à l'intérieur de cette dernière jusqu'à qu'elle débouche dans le conduit récepteur C2. Avantageusement, le champ électrique préserve la symétrie des écoulements de Dean. Le champ électrique engendré par les électrodes EL1, EL2 induit des forces diélectrophorétiques qui aspirent les particules du conduit émetteur au conduit récepteur, se combinant avantageusement avec la force centrifuge. Le dispositif de la figure 11 est adapté au cas de particules subissant un effet diélectrophorétique positif ; pour des particules subissant un effet diélectrophorétique négatif, les rôles des conduits Cl et C2 sont inversés. Le dispositif de la figure 12 comporte un ensemble d'électrodes EL'l ù EL'8 adaptés pour engendrer dans chaque conduit Cl, C2 un champ électrique CEL orienté parallèlement au rayon de courbure desdits conduits et présentant une intensité maximale au niveau des parois supérieure et inférieure des conduits, et minimale dans le plan médian. Une telle configuration est adaptée pour favoriser, par effet électroosmotique, l'instauration de vortex secondaires lorsqu'une suspension s'écoule dans lesdits conduits. Les vortex de Dean peuvent également être amplifiés par des moyens hydrauliques, tels que des rainures R présentes sur les parois intérieures des conduits et s'étendant en biais par rapport à la direction axiale. Cette solution est représentée sur la figure 13. La figure 14 montre une variante du dispositif de l'invention, dans laquelle l'ensemble D' constitué par les conduits Cl, C2 et la ou les cloisons CL les séparant est disposé sur un plateau tournant d'un actionneur rotatif AR. La mise en rotation rapide de l'ensemble D' autour d'un axe de rotation sensiblement perpendiculaire au rayon de courbure desdits conduits et cloison(s) engendre une force centrifuge qui se superpose à celle due à l'écoulement de la suspension dans les conduits courbes, et qui contribue donc à la séparation. Il faut observer que si les conduits Cl, C2 présentent une forme en spirale, leur mise en rotation peut provoquer l'actionnement par effet inertiel du fluide qu'ils contiennent. Les différents moyens permettant de faciliter la séparation (forme des conduits et de la cloison, ensembles d'électrodes, rainures, etc.) ont été présentés séparément les uns des autres, mais il faut comprendre que plusieurs d'entre eux peuvent être combinés avantageusement dans un même dispositif.

Claims (40)

REVENDICATIONS
1. Dispositif pour la séparation d'une suspension liquide (S) constituée par une phase continue liquide (PL) et au moins une phase dispersée (GB, GR), lesdites phases ayant des densités différentes, ledit dispositif comportant : - un premier conduit (Cl) présentant au moins une portion courbe (Cl') ; et étant caractérisé en ce qu'il comporte également : - au moins un deuxième conduit (C2), présentant également une portion courbe (C2'), s'étendant parallèlement audit premier conduit du côté extérieur de la portion courbe de ce dernier ; et - au moins une cloison (CL), séparant lesdits premier et deuxième conduits et présentant à son tour une portion courbe (CL') ; dans lequel ladite cloison présente une fente (F) continue ou discontinue, s'étendant le long de la portion courbe de la cloison et mettant en communication lesdits premier et deuxième conduits de manière à permettre des échanges de matière entre eux.
2. Dispositif selon la revendication 1 comportant en outre au moins un troisième conduit (C3), présentant également une portion courbe, s'étendant parallèlement audit deuxième conduit du côté extérieur de la portion courbe de ce dernier ; et au moins une deuxième cloison (CL2), séparant lesdits deuxième et troisième conduits et présentant à son tour une portion courbe ; dans lequel ladite deuxième cloison présente une deuxième fente (F2) continue ou discontinue, s'étendant le long de la portion courbe de cette dernière et mettant en communication lesdits deuxième et troisième conduits, les dimensions de cette deuxième fente étant inférieures à celle de la fente (F) mettant en communication lesdits premier et deuxième conduits.
3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les dimensions de ladite ou chaque fente sont suffisantes pour permettre des échanges de ladite ou d'au moins une phase dispersée (GB, GR) entre les deux conduits qu'elle met en communication.
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite ou chaque fente (F) présente une hauteur (h, h2), mesurée perpendiculairement au rayon de courbure de la cloison, comprise entre 0,05 pm et 2 mm.
5. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les dimensions de ladite fente sont suffisamment petites pour empêcher l'échange de ladite ou d'au moins une phase dispersée (GB) entre les deux conduits.
6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel ladite fente 1 o présente une hauteur (h2), mesurée perpendiculairement au rayon de courbure de la cloison, comprise entre 0,05 pm et 15 pm.
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite ou au moins une desdites fentes (F) est une fente discontinue constituée par une pluralité d'ouvertures élémentaires (O') 15 alignées le long de la portion courbe de ladite cloison, lesdites ouvertures élémentaires présentant une forme en entonnoir de manière à favoriser le passage unidirectionnel d'au moins une phase dispersée entre les conduits qu'elle met en communication.
8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, dans 20 lequel ladite ou chaque fente (F) est une fente continue.
9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite ou au moins une desdites fentes (F, F2) est située sensiblement à mi-hauteur de la cloison correspondante (CL, CL2), la hauteur étant mesurée perpendiculairement au rayon de courbure de cette dernière. 25
10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la portion courbe de ladite ou chaque cloison de séparation (CL, CL2) présente un rayon de courbure compris entre 50 pm et 20 cm, et de préférence entre 2 mm et 50 mm.
11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, 30 dans lequel ladite ou chaque fente (F, F2) s'étend sur une longueur comprise entre 10 mm et 20 m.22
12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits conduits présentent une hauteur maximale (H, H'), mesurée perpendiculairement au rayon de courbure de la cloison, comprise entre 20 pm et 10 mm et une largeur (L, L'), mesurée parallèlement au rayon 5 de courbure, comprise entre 0,05 et 10 fois ladite hauteur.
13. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits conduits présentent une section sensiblement rectangulaire.
14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, dans 10 lequel au moins l'un desdits conduits présente des parois convergentes (PC1, PC2) en direction de ladite ou de l'une desdites fentes.
15. Dispositif selon la revendication 14, dans lequel au moins l'un desdits conduits présente une section sensiblement cylindrique.
16. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, 15 dans lequel lesdits conduits présentent, à l'une de leurs extrémités, une section d'entrée commune (EX1) pour l'introduction de ladite suspension à séparer.
17. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 15, dans lequel l'un seul desdits conduits présente, à l'une de ses extrémités (EX1'), 20 une section d'entrée pour l'introduction de ladite suspension à séparer, l'autre ou les autres conduits étant fermés au niveau de l'extrémité correspondante (EX1 ").
18. Dispositif selon la revendication 17, dans lequel le ou les conduits fermés au niveau de l'extrémité d'entrée sont également fermés au 25 niveau de l'extrémité opposée (EX2").
19. Dispositif selon la revendication 18, dans lequel le ou les conduits fermés au niveau de leurs extrémités présentent une structure discontinue.
20. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, 30 dans lequel lesdits conduits (Cl, C2) et cloison ou cloisons (CL) sont enroulés en forme de spirale.
21. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 19, dans lequel lesdits conduits (Cl, C2) et cloison ou cloisons (CL) sont bouclés sur eux-mêmes de manière à former un anneau fermé.
22. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, 5 ayant une structure planaire.
23. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 21, constitué par un empilement de dispositifs élémentaires (Dl, D2, D3) ayant une structure planaire.
24. Dispositif selon l'une des revendications 22 ou 23, ledit 10 dispositif ou chaque dispositif élémentaire (Dl, D2, D3) étant réalisé par gravure à partir d'au moins un substrat planaire (SUBI, SUB2).
25. Dispositif selon la revendication 24, ledit dispositif ou chaque dispositif élémentaire étant réalisé en disposant face à face deux substrats planaires (SUBI, SUB2) gravés de manière à définir lesdits 15 conduits (C1, C2) et ladite ou lesdites fentes (F).
26. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, comportant également un moyen (SY) pour injecter ladite suspension à séparer dans au moins un desdits conduits (Cl, C2).
27. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, 20 comportant également un moyen (SY, P) pour impartir à ladite suspension une vitesse axiale d'écoulement dans au moins un desdits conduits
28. Dispositif selon la revendication 27, dans lequel ledit moyen (SY, P) pour impartir à ladite suspension une vitesse d'écoulement dans au moins un desdits conduits est une pompe d'injection de ladite 25 suspension dans ledit ou chaque conduit.
29. Dispositif selon la revendication 27, dans lequel ledit moyen (SY, P) pour impartir à ladite suspension une vitesse d'écoulement dans au moins un desdits conduits est une micropompe intégrée au dispositif.
30. Dispositif selon l'une des revendications 27 à 29, dans 30 lequel ledit moyen (SY, P) est adapté pour impartir à ladite suspension une vitesse d'écoulement comprise entre 0,1 mm/s et 10 m/s, et de préférence entre 10 cm/s et 1 m/s.
31. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel au moins l'un desdits conduits comporte également un ensemble d'électrodes adaptées pour engendrer un champ électrique dont les lignes de force convergent vers ladite fente ou divergent à partir de cette dernière.
32. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel au moins l'un desdits conduits présente, sur sa paroi intérieure, des rainures s'étendant en biais par rapport à une direction axiale dudit conduit, lesdites rainures étant adaptées pour favoriser l'instauration de vortex secondaires lorsqu'un liquide s'écoule dans ledit conduit.
33. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel au moins l'un desdits conduits comporte également un ensemble d'électrodes pour engendrer un champ électrique de configuration adaptée pour favoriser, par effet électroosmotique, l'instauration de vortex secondaires lorsqu'une suspension s'écoule dans ledit conduit.
34. Dispositif selon l'une des revendications précédentes comportant également un moyen pour mettre en rotation l'ensemble constitué par lesdits conduits et la ou les cloisons les séparant, l'axe de rotation étant sensiblement perpendiculaire au rayon de courbure de ladite ou de chaque cloison.
35. Procédé pour la séparation d'une suspension liquide (S) constituée par une phase continue liquide (PL) et au moins une phase dispersée (GB, GR), lesdites phases ayant des densités différentes, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à : - introduire ladite suspension liquide dans un dispositif 25 selon l'une des revendications précédentes ; - impartir à ladite suspension une vitesse axiale d'écoulement suffisante pour permettre le développement d'écoulements secondaires ; et - extraire, en correspondance d'une section de sortie (EX2, 30 EX2') d'au moins un desdits canaux, une fraction de ladite suspension enrichie en au moins une desdites phases.
36. Procédé selon la revendication 35, dans lequel : 10 15 20- le dispositif présente au moins une fente (F) de dimensions suffisantes pour permettre des échanges de ladite ou d'au moins une phase dispersée (GB, GR) de la suspension à séparer entre les deux conduits mis en communications par ladite fente ; et - la vitesse d'écoulement de la suspension à séparer dans le dispositif est suffisante pour permettre le transfert de la phase la plus dense du conduit situé du côté intérieur (Cl) de ladite fente vers le conduit situé du côté l'extérieur (C2) sous l'effet combiné de la force centrifuge (FC) et des écoulements secondaires (VD).
37. Procédé selon l'une des revendications 35 ou 36, dans lequel l'écoulement de la suspension à séparer (S) est caractérisé par un nombre de Dean compris entre 1 et 100 et de préférence entre 10 et 50.
38. Procédé selon l'une des revendications 35 à 37, dans lequel ledit dispositif est mis en rotation autour d'un axe sensiblement perpendiculaire au rayon de courbure de ladite ou de chaque cloison.
39. Procédé selon l'une des revendications 35 à 38, dans lequel ladite phase dispersée (GB, GR), ou au moins une desdites phases dispersées, de la suspension à séparer est constituée par des particules solides présentant une densité supérieure à celle de ladite phase continue liquide (PL).
40. Procédé selon la revendication 39, dans lequel ladite suspension à séparer est du sang (S).
FR0705180A 2007-07-18 2007-07-18 Dispositif et procede pour la separation des composantes d'une suspension et en particulier du sang Withdrawn FR2918900A1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0705180A FR2918900A1 (fr) 2007-07-18 2007-07-18 Dispositif et procede pour la separation des composantes d'une suspension et en particulier du sang
PCT/FR2008/000961 WO2009024678A2 (fr) 2007-07-18 2008-07-04 Dispositif et procede pour la separation des composantes d'une suspension et en particulier du sang

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0705180A FR2918900A1 (fr) 2007-07-18 2007-07-18 Dispositif et procede pour la separation des composantes d'une suspension et en particulier du sang

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FR2918900A1 true FR2918900A1 (fr) 2009-01-23

Family

ID=39047956

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR0705180A Withdrawn FR2918900A1 (fr) 2007-07-18 2007-07-18 Dispositif et procede pour la separation des composantes d'une suspension et en particulier du sang

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR2918900A1 (fr)
WO (1) WO2009024678A2 (fr)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014052968A1 (fr) 2012-09-28 2014-04-03 Canon U.S. Life Sciences, Inc. Séparation et concentration de particules en utilisant une filtration inertielle hélicoïdale
WO2014207183A1 (fr) * 2013-06-28 2014-12-31 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Dispositif de separation d'une suspension
EP2897730A4 (fr) * 2012-09-21 2016-04-27 Massachusetts Inst Technology Dispositif microfluidique et utilisations dudit dispositif
WO2017037714A1 (fr) 2015-09-03 2017-03-09 Aqua Hd Separation & Filtration Systems Ltd Conduit à utiliser dans un système pour séparer des particules en suspension dans un fluide, et procédé de conception d'un tel conduit
CN106908387A (zh) * 2015-10-27 2017-06-30 五鼎生物技术股份有限公司 反应卡匣及检测装置
WO2017153425A1 (fr) 2016-03-10 2017-09-14 Archimej Technology Dispositif d'analyse, de preference pour chimiometrie d'un echantillon sanguin
US11110374B2 (en) 2017-03-28 2021-09-07 Chromatan Inc. Continuous countercurrent spiral chromatography
US20210331093A1 (en) * 2020-04-28 2021-10-28 Shujun Zhang Apparatus and method for separating particles from a particulate suspension
US12023605B2 (en) 2017-03-08 2024-07-02 Filter Art System and a method for separation of particles suspended in a fluid

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL251036A0 (en) * 2017-03-08 2017-06-29 Aqua Hd Separation And Filtration Systems Ltd System and method for separating particles suspended in a liquid

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4623470A (en) * 1981-11-09 1986-11-18 Helipump, Inc. Process and apparatus for separating or fractionating fluid mixtures
WO2002038502A1 (fr) * 2000-11-13 2002-05-16 Bayer Aktiengesellschaft Dispositif permettant d'exposer des liquides a des rayonnements
US20020196435A1 (en) * 2000-11-22 2002-12-26 Cohen David Samuel Apparatus and methods for separating agglutinants and disperse particles
WO2004113877A1 (fr) * 2003-06-13 2004-12-29 The General Hospital Corporation Systemes microfluidiques d'elimination basee sur la taille de globules rouges et de plaquettes du sang
WO2006020100A2 (fr) * 2004-07-16 2006-02-23 Smart Medical Technologies, Llc Separateur de sang en continu

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2626747A (en) * 1949-03-11 1953-01-27 Emil L Ranseen Centrifugal separator
US3327939A (en) * 1965-11-15 1967-06-27 Wladzia G P Doyle Centrifugal countercurrent exchange device with improved removable strip means
JPS5511002A (en) * 1978-07-05 1980-01-25 Hitachi Ltd Centrifugal type counter-flow contact apparatus
DE10027958A1 (de) * 2000-06-08 2002-01-10 Westfalia Separator Food Tec G Zentrifuge mit Siebanordnung und Verfahren zu deren Betrieb

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4623470A (en) * 1981-11-09 1986-11-18 Helipump, Inc. Process and apparatus for separating or fractionating fluid mixtures
WO2002038502A1 (fr) * 2000-11-13 2002-05-16 Bayer Aktiengesellschaft Dispositif permettant d'exposer des liquides a des rayonnements
US20020196435A1 (en) * 2000-11-22 2002-12-26 Cohen David Samuel Apparatus and methods for separating agglutinants and disperse particles
WO2004113877A1 (fr) * 2003-06-13 2004-12-29 The General Hospital Corporation Systemes microfluidiques d'elimination basee sur la taille de globules rouges et de plaquettes du sang
WO2006020100A2 (fr) * 2004-07-16 2006-02-23 Smart Medical Technologies, Llc Separateur de sang en continu

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2897730A4 (fr) * 2012-09-21 2016-04-27 Massachusetts Inst Technology Dispositif microfluidique et utilisations dudit dispositif
EP3628401A1 (fr) * 2012-09-21 2020-04-01 Massachusetts Institute Of Technology Dispositif microfluidique et ses utilisations
US9804068B2 (en) 2012-09-28 2017-10-31 University Of Maryland Particle separation and concentration using spiral inertial filtration
EP2900351A4 (fr) * 2012-09-28 2016-07-06 Canon Us Life Sciences Inc Séparation et concentration de particules en utilisant une filtration inertielle hélicoïdale
WO2014052968A1 (fr) 2012-09-28 2014-04-03 Canon U.S. Life Sciences, Inc. Séparation et concentration de particules en utilisant une filtration inertielle hélicoïdale
US10823648B2 (en) 2012-09-28 2020-11-03 University Of Maryland Particle separation and concentration using spiral inertial filtration
WO2014207183A1 (fr) * 2013-06-28 2014-12-31 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Dispositif de separation d'une suspension
FR3007665A1 (fr) * 2013-06-28 2015-01-02 Commissariat Energie Atomique Dispositif d'extraction d'une phase liquide appauvrie en particules d'une suspension
CN108290088B (zh) * 2015-09-03 2021-03-12 阿卡Hd分离过滤***有限公司 用于分离悬浮在流体中的颗粒的***中的管道以及设计这种管道的方法
CN108290088A (zh) * 2015-09-03 2018-07-17 阿卡Hd分离过滤***有限公司 用于分离悬浮在流体中的颗粒的***中的管道以及设计这种管道的方法
EP3344357A4 (fr) * 2015-09-03 2018-08-01 Aqua HD Separation&Filtration Systems Ltd Conduit à utiliser dans un système pour séparer des particules en suspension dans un fluide, et procédé de conception d'un tel conduit
WO2017037714A1 (fr) 2015-09-03 2017-03-09 Aqua Hd Separation & Filtration Systems Ltd Conduit à utiliser dans un système pour séparer des particules en suspension dans un fluide, et procédé de conception d'un tel conduit
US11083984B2 (en) 2015-09-03 2021-08-10 Aqua Hd Separation & Filtration Systems Ltd Duct for use in a system for separating particles suspended in a fluid, and a method of designing such duct
EP3162440A3 (fr) * 2015-10-27 2017-09-27 Apex Biotechnology Corporation Cassette de réaction et dispositif de dosage
US9968929B2 (en) 2015-10-27 2018-05-15 Apex Biotechnology Corp. Reaction cassette and assay device
CN106908387A (zh) * 2015-10-27 2017-06-30 五鼎生物技术股份有限公司 反应卡匣及检测装置
WO2017153425A1 (fr) 2016-03-10 2017-09-14 Archimej Technology Dispositif d'analyse, de preference pour chimiometrie d'un echantillon sanguin
US12023605B2 (en) 2017-03-08 2024-07-02 Filter Art System and a method for separation of particles suspended in a fluid
US11110374B2 (en) 2017-03-28 2021-09-07 Chromatan Inc. Continuous countercurrent spiral chromatography
US20210331093A1 (en) * 2020-04-28 2021-10-28 Shujun Zhang Apparatus and method for separating particles from a particulate suspension
US11541332B2 (en) * 2020-04-28 2023-01-03 Shujun Zhang Apparatus for separating particles from a particulate suspension

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009024678A2 (fr) 2009-02-26
WO2009024678A3 (fr) 2009-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR2918900A1 (fr) Dispositif et procede pour la separation des composantes d'une suspension et en particulier du sang
EP2442902B1 (fr) Systeme microfluidique et procede pour le transfert d'elements entre phases liquides et utilisation de ce systeme pour extraire ces elements
EP2282827B1 (fr) Dispositif de séparation de biomolécules d'un fluide
EP2119504B1 (fr) Dispositif et procédé de séparation d'une suspension
EP2119488B1 (fr) Procédé et dispositif d'extraction d'une phase liquide d'une suspension
EP1714700A1 (fr) Dispositif et procédé microfluidique de transfert de matière entre deux phases immiscibles
EP2609993A1 (fr) Dispositif nano et micro fluidique pour la séparation et concentration de particules présentes dans un fluide
EP1988947B1 (fr) Procédé et chambre de centrifugation pour le lavage et la séparation en continu de constituants sanguins
CA2368514C (fr) Dispositif ameliore de chromatographie de partage centrifuge a cellules
WO2007095771A1 (fr) Chambre de centrifugation circulaire pour la separation du sang
EP2809416B1 (fr) Dispositif de séparation de deux fluides non miscibles de densités differentes par centrifugation
WO2007138227A1 (fr) Dispositif microfluidique avec materiau de volume variable
FR2887705A1 (fr) Dispositif de pompage ou de centrifugation des gouttes deplacees par electromouillage
WO1990002839A1 (fr) Dispositif pour la separation selective de particules dans un liquide, notamment pour l'epuration de suspensions fibreuses papetieres
EP1159070B1 (fr) Appareil permettant en son sein le transfert de liquides par capillarite
EP2217345B1 (fr) Dispositif de chromatographie de partage centrifuge et procede mis en oeuvre par ce dispositif
EP1315572A1 (fr) Enceinte rotative pour la separation de composants du sang ou du plasma
FR2883770A1 (fr) Dispositif ameliore de chromatographie de partage centrifuge a cellules
EP2858753B1 (fr) Dispositif de fractionnement d'un fluide comportant des particules et d'extraction d'un volume d'interêt
BE1029779B1 (fr) Accessoire pour platine d'un dispositif d'experimentation microfluidique et dispositif d'experimentation microfluidique
BE1029778B1 (fr) Cassette destinée à contenir une puce microfluidique
WO2000053319A1 (fr) Dispositif et procede de positionnement d'un liquide
EP3013477A1 (fr) Dispositif de separation d'une suspension

Legal Events

Date Code Title Description
ST Notification of lapse

Effective date: 20110331