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WO2024241009A1 - Dispositif d'extraction de plasma et procede associe - Google Patents

Dispositif d'extraction de plasma et procede associe Download PDF

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WO2024241009A1
WO2024241009A1 PCT/FR2024/050644 FR2024050644W WO2024241009A1 WO 2024241009 A1 WO2024241009 A1 WO 2024241009A1 FR 2024050644 W FR2024050644 W FR 2024050644W WO 2024241009 A1 WO2024241009 A1 WO 2024241009A1
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WO
WIPO (PCT)
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capillary
plasma
extraction device
membrane
volume
Prior art date
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Pending
Application number
PCT/FR2024/050644
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English (en)
Inventor
Christian Dubuc
Francois Dupoteau
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.)
Magentine Healthcare
Original Assignee
Magentine Healthcare
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.)
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Publication date
Application filed by Magentine Healthcare filed Critical Magentine Healthcare
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    • G01N33/483—Physical analysis of biological material
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    • B01L2400/0481—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure squeezing of channels or chambers

Definitions

  • the present invention relates to a device for extracting plasma from a blood sample.
  • the invention also relates to a method for extracting plasma using such a device.
  • Plasma is used in many applications to measure specific biological markers such as glucose levels or hematocrit.
  • plasma separation is a critical step. Indeed, the separation must be as efficient as possible to limit as much as possible the presence of cells remaining in the plasma and also to limit cell lysis debris. Indeed, these elements can influence the measurement of the different biological markers.
  • centrifugation is a process of separating compounds from a mixture according to their density difference by subjecting them to centrifugal force.
  • the plasma remains on the surface, while the cells migrate downward.
  • the plasma is then removed using a pipette, but a small amount near the boundary between the plasma layer and the cell layer is left as a precaution. Removing all the plasma carries the risk of disturbing the cell layer, which affects subsequent processes.
  • centrifuges are complex, bulky and expensive devices.
  • the problem that the invention aims to solve is to provide a simpler and less expensive device allowing daily use, not requiring any particular medical expertise.
  • the invention solves this problem by providing a device for extracting plasma from a blood sample, the device comprising:
  • a membrane configured to extract plasma from the blood sample, the membrane having an upper surface arranged to receive the blood sample and a lower surface,
  • a capillary comprising: an inlet arranged opposite the lower surface of the membrane to receive the plasma, and an outlet open to an exterior of the extraction device, the capillary being configured to transport the plasma from the inlet to the outlet along a trajectory,
  • the extraction device further comprising a T-junction to which the ejection member is connected, perpendicular to the capillary, the volume of plasma being between the T-junction and the outlet.
  • the invention relates to a device for both separating plasma from whole blood by filtration using the membrane, but also delivering a predetermined volume of plasma required to perform a test of a biological marker.
  • the invention is particularly suitable for filtering and delivering small volumes.
  • the volume of blood deposited on the membrane is between 50 pL and 100 pL and the volume of plasma ejected at the outlet of the device can vary between 5 pL and 15 pL.
  • the volume of plasma actually ejected at the outlet by the device advantageously has a variability of less than 2% of the desired plasma volume.
  • the device can advantageously be used by an unqualified person such as the patient himself. Indeed, the ejection of the predetermined quantity of plasma requires only a simple pressure on the ejection organ so that the same volume is systematically ejected.
  • the device can be designed to limit the time between the deposition of whole blood on the membrane and the time at which it is possible to eject the desired volume of plasma.
  • the membrane comprises a front edge and a rear edge, the membrane being inclined at an angle of between 5° and 10° from the front edge towards the rear edge relative to a longitudinal plane of the capillary.
  • the inclination of the membrane advantageously allows the filtration speed of whole blood to be increased by maximizing the capillary effect.
  • the capillary is made of a material having a wetting angle of less than 60°, preferably less than 57° with the plasma.
  • the wetting angle corresponds to the angle defined between a straight line belonging to the surface of the material and a tangent passing through the point of intersection between the surface of the material and a drop of plasma deposited on the surface of the material, and which intersects the surface of the drop.
  • a wetting angle of less than 60° advantageously makes it possible to maximize the flow rate of the plasma in the capillary so that it fills as quickly as possible the portion of the capillary calibrated to eject the desired volume of plasma, i.e. the portion of the capillary located between the T-junction and the outlet.
  • the capillary has a defined height between the inlet and the outlet of less than 150 pm. Indeed, it has been found that a greater capillary height tends to decrease the flow rate of the plasma in the capillary.
  • the outlet is configured to be positioned in direct contact with an absorbent surface, such as for example a receiving surface of a device for testing a biological marker.
  • an absorbent surface such as for example a receiving surface of a device for testing a biological marker.
  • the ejection member is configured to provide a volume of fluid in the capillary at the T-junction.
  • This volume of fluid makes it possible to induce a movement towards the outlet of the plasma volume located between the T-junction and the outlet.
  • the volume of fluid provided is adapted to the quantity of plasma to be ejected.
  • the volume of fluid is at least three times greater than the volume of plasma.
  • the fluid supplied by the ejection member is air.
  • the ejection member is an elastically deformable element, actuable by finger.
  • the T-junction has a volume of less than 0.2% of the plasma volume. This geometry of the T-junction makes it possible to limit the variability of the volume of plasma ejected. Indeed, the volume of plasma contained in the T-junction has a risk of remaining blocked in the T-junction or of rising towards the membrane. By limiting the volume of the T-junction, these risks are thus limited.
  • the extraction device in which the capillary has a capillary bottom, two capillary lateral surfaces extending opposite one another from the capillary bottom and an upper capillary surface extending between the capillary lateral surfaces opposite the capillary bottom, and in which the ejection member comprises an actuating element and a channel having a channel bottom, two channel lateral surfaces extending opposite one another from the channel bottom and an upper channel surface extending between the channel lateral surfaces opposite the channel bottom, the extraction device consisting of at least:
  • a second layer superimposed on the first layer and comprising the upper capillary and channel surfaces, a first location configured to receive the membrane and a second location configured to receive the actuating element of the ejection member.
  • the present disclosure also provides a method of manufacturing an extraction device as defined in this latter particular embodiment, the manufacturing method providing for:
  • the invention relates to a method of extracting plasma from a blood sample via a device as described above, the method comprising the steps of:
  • FIG.l is a top view of the plasma extraction device according to one embodiment of the invention.
  • FIG.2 is an exploded perspective side view of the device of Figure 1
  • FIG.3 is a top view of the T-junction of Figure 1
  • FIG.4 is a block diagram of the method of implementing the device of Figure 1.
  • the plasma extraction device 100 is in the form of a cartridge 11 of substantially parallelepipedal shape, with a length of between 5 cm and 10 cm, a width of between 1 cm and 5 cm and a thickness of between 0.1 cm and 0.5 cm.
  • the cartridge 11 is made of a semi-transparent or transparent material so that the user can assess the progress of the plasma filtration and the location of the filtered plasma.
  • the cartridge is made of a transparent thermoplastic polymer such as acrylic and more specifically poly(methyl methacrylate) or PMMA.
  • the cartridge 11 is thus configured to allow the user to see the different elements of the device 100, namely the membrane 12, intended to receive a sample of whole blood and to separate the plasma from the cells contained in the sample of whole blood, the capillary 13, intended to conduct the plasma to the outlet 17, the T-junction 14 located along the length of the capillary 13 and the ejection member 18.
  • the upper surface of the cartridge 11 has an opening located near an upper end of the cartridge 11. This opening allows access to the membrane 12 which is housed in the opening.
  • the opening may be circular in shape with a diameter of between 0.5 cm and 1.5 cm.
  • the cartridge 11 also has an opening at the lateral edge of the end opposite that presenting the membrane 12. It is through this opening that the capillary 13 emerges.
  • the membrane 12 according to the invention has an upper surface and a lower surface.
  • the whole blood sample is applied to the upper surface.
  • the blood migrates through the membrane 12 from the upper surface to the lower surface through pores configured to block solid elements contained in the blood such as red blood cells, white blood cells, platelets, without breaking the cell membrane.
  • the membrane 12 has a total thickness of between 245 pm and 315 pm, preferably between 260 pm and 300 pm.
  • the membrane 12 has a porosity gradient from the upper surface to the lower surface. In other words, the pore size of the membrane 12 decreases from the upper surface to the lower surface.
  • the pores at the upper surface have a diameter of between 30 pm and 40 pm, advantageously 35 pm, while the pores at the lower surface have a diameter of between 2 pm and 3 pm, typically 2.5 pm.
  • the membrane 12 is preferably made of a hydrophilic material, preferably a hydrophilic polymer having no affinity with proteins.
  • the membrane 12 can advantageously trap up to 50 pL of whole blood per cm 2 .
  • the membrane is composed of two hydrophilic sub-membranes: an asymmetric membrane to trap blood cells and a collection membrane.
  • the membrane 12 is preferably in the form of a disk with a diameter of between 0.5 cm and 2 cm, typically 1.4 cm.
  • the membrane 12 may take any other shape, such as a polygonal, square or rectangular shape.
  • the membrane 12 makes it possible to obtain a plasma comprising a quantity of cells remaining in the plasma less than 2% of the initial quantity of cells contained in the whole blood sample.
  • the amount of lysed cells is less than 2% of the initial amount of cells contained in the blood sample.
  • the membrane 12 comprises a front edge 21 and a rear edge 22.
  • the membrane 12 is positioned inclined at an angle of between 5° and 10° from the front edge 21 towards the rear edge 22 relative to a longitudinal plane of the capillary 13.
  • the capillary 13 as illustrated in FIG. 1 extends from the inlet 31 to the outlet 17.
  • the path of the capillary can take different forms, such as a straight or curved path or even a serpentine shape in order to optimize the space occupied by the capillary 13 on the cartridge 11.
  • the capillary 13 may be formed by a material removal process such as etching, or by a material deposition process such as 3D printing in order to form the walls of the capillary 13, or by molding in the cartridge 11, then closing with a transparent cover.
  • the inlet 31 of the capillary 13 is positioned so as to receive the filtered plasma obtained at the lower surface of the membrane 12.
  • the inlet 31 of the capillary 13 can be connected to a reservoir 32, illustrated in FIG. 2, positioned under the membrane 12 and configured to receive the filtered plasma obtained at the lower surface of the membrane 12.
  • the reservoir 32 can have a circular shape of the same diameter as the membrane 12 and having a depth of between 100 pm and 200 pm.
  • the capacity of the reservoir is between 5 ⁇ L and 100 ⁇ L, and preferably less than 8 ⁇ L.
  • the capillary 13 may have a circular section or a polygonal section.
  • the capillary 13 has a rectangular section and has a capillary bottom, two capillary side surfaces extending opposite each other from the capillary bottom and a capillary upper surface extending between the capillary side surfaces opposite the capillary bottom.
  • the capillary 13 has a height, between the capillary bottom and the capillary upper surface, of between 100 pm and 200 pm, preferably less than 150 pm.
  • the width of the section of the capillary 13, between the capillary side surfaces is between 1 mm and 3 mm.
  • the length of the portion of the capillary 13 defined between the T-junction 14 and the outlet 17 is chosen according to the volume that it is desired to deliver at the outlet. This volume can be between 5 pL and 15 pL, typically 8 pL, 10 pL, 12 pL or 14 pL. Typically, the length of the capillary 13 is between 2 cm and 10 cm.
  • the section of the capillary 13 is constant from the inlet of the capillary to the outlet 17 of the capillary in order to ensure the emptying of the capillary by a single actuation of the fluid ejection member 18.
  • the capillary 13 is preferably made of a material having a wetting angle of less than 60°, preferably less than 57° with the plasma.
  • a material such as acrylic can be used for the walls of the capillary 13.
  • the outlet 17 of the capillary can take several forms.
  • the shape of the outlet 17 is chosen so as to allow contact between the plasma contained in the capillary 13 and an absorbent surface belonging for example to a device for testing a given biological marker.
  • the edge of the cartridge 11 comprising the outlet 17 has a triangular shape in order to minimize the contact of said edge with the absorbent surface.
  • the ejection member 18 can take different forms.
  • the ejection member 18 can comprise an actuating element 16 and a channel 15 connecting the actuating element to the capillary 13.
  • the actuating element 16 is in the form of a button made of one or more layers of deformable material so as to have a convexity, and made integral with the upper surface of the cartridge 11, typically by welding.
  • the channel 15 has a channel bottom, two channel lateral surfaces extending opposite one another from the channel bottom and an upper channel surface extending between the channel lateral surfaces opposite the channel bottom.
  • the button material is an elastically deformable polymer or a deformable aluminum component.
  • the volume of fluid contained in the button is at least three times greater than the volume of plasma that we wish to eject.
  • the volume of fluid contained in the button is 15pL to 60pL.
  • the fluid used is air, but we can also choose a fluid that is not miscible with the plasma, such as an oil.
  • the ejection member 18 can be any source of fluid that can be activated by the user, such as an injection bulb, a syringe or the like.
  • the channel 15 is connected to the capillary 13 so as to form an angle substantially equal to 90° so as to form a T-junction 14.
  • the channel 15 has a first widened section 61 having a height of between 150 pm and 1 mm and a width of between 2 mm and 3 mm, as well as a second widened section 62 having a height of between 150 pm and 1 mm and a width of between 2 mm and 3 mm opening directly into the capillary 13.
  • the second widened section 62 defines a first volume 63 and the area of the capillary 13 adjoining the second widened section 62 defines a second volume 64.
  • the invention aims to minimize these two volumes 63, 64 to a volume less than 0.2% of the volume of plasma that it is desired to deliver at the outlet of the device 100.
  • these two volumes 63, 64 are responsible for the variability of the volume of plasma delivered at the outlet of the device because the plasma contained in these two volumes 63, 64 can migrate towards the membrane 12 or the outlet 17 under the effect of the injection of fluid from the ejection member 18.
  • the device can be manufactured in several ways.
  • the device can be obtained by photolithography. This method comprises steps of exposing a photosensitive resin covered by masks having in particular the shape of the capillary to UV light in order to solidify the resin.
  • the device may be obtained by a diffusion bonding method, so as to bond together a set of acrylic layers comprising the different parts of the device 100.
  • the device 100 may consist of a superposition of different layers secured to each other, for example by welding.
  • the layers have the same outline, in particular rectangular, and identical dimensions.
  • the device 100 may comprise:
  • a support layer 51 having the shape of the cartridge 11 and comprising the capillary bottom and the channel bottom,
  • first layer 52 comprising the lateral capillary surfaces and the lateral channel surfaces so as to define their outlines, the first layer 52 also comprising, in the embodiment shown, the reservoir 32,
  • a second layer 53 comprising the upper capillary and channel surfaces, a first location 55 configured to receive the membrane 12 and a second location 54 configured to receive the actuating element 16 of the ejection member 18.
  • the thickness of the second acrylic layer 53 may vary along its length so as to allow an inclined positioning of the membrane 12.
  • an additional layer not shown, may be added to the second layer 53 in order to create an excess thickness allowing the inclination of the membrane 12.
  • the membrane 12 is positioned in the first location 55 of the second layer 53, while the actuating element 16 of the ejection member 18 is positioned in the second location 54 of the second layer 53.
  • the device 100 may for example be obtained by 3D printing.
  • the layers of the device 100 are made of acrylic and more specifically of poly(methyl methacrylate) or PMMA. In other embodiments, the layers could be made of any suitable material and in particular of an epoxy polymer, such as copper.
  • the invention also relates to a method 200 for extracting plasma from a blood sample via a device 100 as described above.
  • the first step 201 of the method 200 consists in depositing a blood sample on the membrane 12 so as to obtain plasma in the capillary 13. To do this, the blood sample is applied to the upper surface of the membrane 12.
  • the blood can be applied in the form of a drop, by means of a disposable pipette or directly by placing the finger previously pierced by a microneedle directly on the membrane.
  • a volume of blood of between 50 pL and 100 pL, preferably 80 pL, can be deposited on the membrane 12.
  • the driving force for the separation process is capillarity.
  • the plasma then flows into the capillary 13 until it completely fills the portion of the capillary 13 located between the T-junction 14 and the outlet 17.
  • the second step 202 then consists of actuating the ejection member 18 to eject the volume of plasma between the T-junction 14 and the outlet 17, through said outlet 17.
  • the time between the deposition of the whole blood sample on the membrane 12 and the moment when the plasma can be delivered is between 1 and 5 minutes.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif d'extraction (100) de plasma à partir d'un échantillon de sang, le dispositif comportant une membrane (12) configurée pour extraire le plasma de l'échantillon de sang, la membrane comportant une surface supérieure agencée pour recevoir l'échantillon de sang et une surface inférieure, un capillaire (13) comportant une entrée agencée en regard de la surface inférieure de la membrane pour recevoir le plasma, et une sortie ouverte vers un extérieur du dispositif d'extraction, le capillaire étant configuré pour transporter le plasma depuis l'entrée jusqu'à la sortie selon une trajectoire, un organe d'éjection (18) actionnable par un opérateur et configuré pour éjecter un volume de plasma situé dans le capillaire par la sortie lorsque ledit organe d'éjection est actionné, le dispositif d'extraction comportant en outre une jonction en T (14) à laquelle l'organe d'éjection est raccordé, perpendiculairement au capillaire, le volume de plasma étant compris entre la jonction en T et la sortie.

Description

Description
Titre : DISPOSITIF D’EXTRACTION DE PLASMA ET PROCEDE ASSOCIE
DOMAINE DE L’INVENTION
La présente invention se rapporte à un dispositif d’extraction de plasma à partir d’un échantillon de sang. L’invention concerne également une méthode d’extraction du plasma à l’aide d’un tel dispositif.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
Le sang total est composé à environ 55 % de plasma et à 45 % de cellules telles que les globules rouges, les globules blancs ou les plaquettes. Le plasma est utilisé dans de nombreuses applications afin de mesurer des marqueurs biologiques spécifiques tels que le taux de glucose ou l’hématocrite.
A cet effet, la séparation du plasma est une étape critique. En effet, la séparation doit être le plus efficace possible pour limiter au maximum la présence de cellules restant dans le plasma et également pour limiter les débris de lyse cellulaire. En effet, ces éléments peuvent influencer la mesure des différents marqueurs biologiques.
De manière classique, le plasma est extrait du sang par centrifugation. La centrifugation est un procédé de séparation des composés d'un mélange en fonction de leur différence de densité en les soumettant à une force centrifuge. Ainsi, après centrifugation, le plasma reste en surface, tandis que les cellules migrent vers le bas. Le plasma est ensuite prélevé à l'aide d'une pipette, mais une petite quantité près de la limite entre la couche de plasma et la couche de cellules est laissée par précaution. Enlever tout le plasma présente le risque de perturber la couche de cellules, ce qui affecte les processus ultérieurs.
Cependant, les centrifugeuses sont des dispositifs complexes, volumineux et coûteux.
Alternativement, il est possible de séparer le plasma du sang total par décantation, mais cette méthode est très longue à mettre en œuvre avant d’obtenir un résultat satisfaisant. En outre, ces solutions nécessitent des quantités importantes de sang pour être efficaces, elles ne sont donc pas adaptées à une utilisation quotidienne, comme par exemple pour les personnes diabétiques, qui doivent tester leur glycémie plusieurs fois par jour.
Ainsi, le problème que se propose de résoudre l’invention est de fournir un dispositif plus simple et moins coûteux permettant une utilisation quotidienne, ne nécessitant pas d’expertise médicale particulière.
RÉSUMÉ
L’invention résout ce problème en proposant un dispositif d’extraction de plasma à partir d’un échantillon de sang, le dispositif comportant :
- une membrane configurée pour extraire le plasma de l’échantillon de sang, la membrane comportant une surface supérieure agencée pour recevoir l’échantillon de sang et une surface inférieure,
- un capillaire comportant : une entrée agencée en regard de la surface inférieure de la membrane pour recevoir le plasma, et une sortie ouverte vers un extérieur du dispositif d’extraction, le capillaire étant configuré pour transporter le plasma depuis l’entrée jusqu’à la sortie selon une trajectoire,
- un organe d’éjection actionnable par un opérateur et configuré pour éjecter un volume de plasma situé dans le capillaire par la sortie lorsque ledit organe d’éjection est actionné, le dispositif d’extraction comportant en outre une jonction en T à laquelle l’organe d’éjection est raccordé, perpendiculairement au capillaire, le volume de plasma étant compris entre la jonction en T et la sortie.
Autrement formulé, l’invention concerne un dispositif permettant à la fois de séparer le plasma du sang total par filtration grâce à la membrane, mais également de délivrer un volume prédéterminé de plasma nécessaire pour réaliser un test d’un marqueur biologique. L’invention est particulièrement adaptée pour filtrer et délivrer de faibles volumes. Typiquement, le volume de sang déposé sur la membrane est compris entre 50pL et lOOpL et le volume de plasma éjecté en sortie du dispositif peut varier entre 5pL et 15pL. Le volume de plasma effectivement éjecté en sortie par le dispositif présente avantageusement une variabilité inférieure à 2% du volume de plasma désiré. En outre, le dispositif peut avantageusement être utilisé par une personne non qualifiée comme le patient lui-même. En effet, l’éjection de la quantité prédéterminée de plasma ne nécessite qu’une simple pression sur l’organe d’éjection pour que le même volume soit systématiquement éjecté.
De manière avantageuse, le dispositif peut être conçu de sorte à limiter la durée entre le dépôt de sang total sur la membrane et le moment où il est possible d’éjecter le volume désiré de plasma.
A cet effet, selon un premier mode de réalisation, la membrane comporte un bord avant et un bord arrière, la membrane étant inclinée d’un angle compris entre 5° et 10° depuis le bord avant vers le bord arrière par rapport à un plan longitudinal du capillaire.
L’inclinaison de la membrane permet avantageusement d’augmenter la vitesse de filtration du sang total en maximisant l’effet de capillarité.
Selon un autre mode de réalisation, le capillaire est réalisé dans un matériau présentant un angle de mouillage inférieure à 60°, préférablement inférieure à 57° avec le plasma. Selon l’invention, l’ange de mouillage correspond à l’angle défini entre une droite appartenant la surface du matériau et une tangente passant par le point d’intersection entre la surface du matériau et une goutte de plasma déposée sur la surface du matériau, et qui intersecte la surface de la goutte. Un angle de mouillage inférieure à 60° permet avantageusement de maximiser la vitesse d’écoulement du plasma dans le capillaire afin qu’il remplisse le plus rapidement possible la portion du capillaire calibrée pour éjecter le volume de plasma désiré, c’est-à-dire la portion du capillaire située entre la jonction en T et la sortie.
Selon un autre mode de réalisation, le capillaire présente une hauteur définie entre l’entrée et la sortie inférieure à 150pm. En effet, il a été constaté qu’une hauteur de capillaire plus importante tend à diminuer la vitesse d’écoulement du plasma dans le capillaire.
En pratique, une combinaison de ces modes de réalisation permet à l’utilisateur de pouvoir éjecter le plasma au bout d’une durée comprise entre 1 et 5 minutes après le dépôt du sang sur la membrane. Avantageusement, la sortie est configurée pour être positionnée au contact direct avec une surface absorbante, telle que par exemple une surface de réception d’un dispositif pour tester un marqueur biologique. En effet, il a été remarqué que sans contact direct, le plasma tend à rester attaché à la sortie du dispositif d’extraction de plasma, ce qui entraine une augmentation de la variabilité du volume de plasma délivré et par conséquent une répétabilité moindre.
En pratique, l’organe d’éjection est configuré pour fournir un volume de fluide dans le capillaire au niveau de la jonction en T. Ce volume de fluide permet d’induire un mouvement vers la sortie du volume de plasma situé entre la jonction T et la sortie. Le volume de fluide fournit est adapté à la quantité de plasma à éjecter. Avantageusement, le volume de fluide est au moins trois fois supérieur au volume de plasma.
Selon un mode de réalisation, le fluide fourni par l’organe d’éjection est de l’air.
De plus, selon un autre mode de réalisation, F organe d’éjection est un élément déformable élastiquement, actionnable au doigt.
En pratique, la jonction en T présente un volume inférieur à 0,2% du volume de plasma. Cette géométrie de la jonction en T permet de limiter la variabilité du volume de plasma éjecté. En effet, le volume de plasma contenu dans la jonction en T présente un risque de resté bloqué dans la jonction en T ou de remonter en direction de la membrane. En limitant le volume de la jonction en T, on limite ainsi ces risques.
Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif d’extraction dans lequel le capillaire présente un fond de capillaire, deux surfaces latérales de capillaire s’étendant en regard l’une de l’autre depuis le fond de capillaire et une surface supérieure de capillaire s’étendant entre les surfaces latérales de capillaire en regard du fond de capillaire, et dans lequel l’organe d’éjection comprend un élément d’actionnement et un canal présentant un fond de canal, deux surfaces latérales de canal s’étendant en regard l’une de l’autre depuis le fond de canal et une surface supérieure de canal s’étendant entre les surfaces latérales de canal en regard du fond de canal, le dispositif d’extraction étant constitué d’au moins :
- une couche support comportant le fond de capillaire et le fond de canal,
- une première couche superposée à la couche support et comportant les surfaces latérales de capillaire et les surfaces latérales de canal,
- une deuxième couche superposée à la première couche et comportant les surfaces supérieures de capillaire et de canal, un premier emplacement configuré pour recevoir la membrane et un deuxième emplacement configuré pour recevoir pour l’élément d’actionnement de l’organe d’éjection.
La présente divulgation propose également un procédé de fabrication d’un dispositif d’extraction tel que défini dans ce dernier mode de réalisation particulier, le procédé de fabrication prévoyant de :
- superposer et solidariser la première couche à la couche support,
- superposer et solidariser la deuxième couche à la première couche,
- positionner la membrane dans le premier emplacement de la deuxième couche, et l’élément d’actionnement de l’organe d’éjection dans le deuxième emplacement de la deuxième couche.
Selon un autre aspect, l’invention concerne une méthode d’extraction du plasma à partir d’un échantillon de sang via un dispositif tel que décrit ci-dessus, la méthode comportant les étapes de :
- déposer un échantillon de sang sur la membrane de sorte à obtenir du plasma dans le capillaire, et
- actionner l’organe d’éjection pour éjecter un volume de plasma situé dans le capillaire par la sortie lorsque ledit organe d’éjection est actionné, le volume de plasma étant compris entre la jonction en T et la sortie.
DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres objets et avantages de l’invention apparaitront à la lecture de la description du mode de réalisation, donnée à titre d’exemple purement illustratif et non limitatif, faite en relation avec les dessins annexés, dans lesquels :
[Fig.l] est une vue du dessus du dispositif d’extraction de plasma selon un mode de réalisation de l’invention,
[Fig.2] est une vue de coté en perspective éclatée du dispositif de la figure 1, [Fig.3] est une vue du dessus de la jonction en T de la figure 1, et
[Fig.4] est un schéma bloc de la méthode de mise en œuvre du dispositif de la figure 1.
MODES DE RÉALISATION ILLUSTRATIFS DE L'INVENTION
Comme illustré dans la figure 1, le dispositif 100 d’extraction de plasma se présente sous la forme d’une cartouche 11 de forme sensiblement parallélépipédique, d’une longueur comprise entre 5 cm et 10 cm, d’une largeur comprise entre 1 cm et 5 cm et d’une épaisseur comprise entre 0.1 cm et 0.5 cm. La cartouche 11 est réalisée dans un matériau semi-transparent ou transparent de sorte que l’utilisateur puisse évaluer l’état d’avancement de la filtration du plasma et la localisation du plasma filtré. Ainsi, de préférence, la cartouche est réalisée dans un polymère thermoplastique transparent tel que l’acrylique et plus spécifiquement en poly(méthacrylate de méthyle) ou PMMA.
La cartouche 11 est ainsi configurée pour permettre à l’utilisateur de voir les différents éléments du dispositif 100, à savoir la membrane 12, destinée à réceptionner un échantillon de sang total et à séparer le plasma des cellules contenues dans l’échantillon de sang total, le capillaire 13, destiné à conduire le plasma jusqu’à la sortie 17, la jonction en T 14 localisée sur la longueur du capillaire 13 et l’organe d’éjection 18.
A cet effet, la surface supérieure de la cartouche 11 présente une ouverture localisée à proximité d’une extrémité supérieure de la cartouche 11. Cette ouverture permet d’accéder à la membrane 12 qui est logée dans l’ouverture. L’ouverture peut être de forme circulaire avec un diamètre compris entre 0.5 cm et 1.5 cm.
La cartouche 11 présente également une ouverture au niveau du bord latéral de l’extrémité opposée à celle présentant la membrane 12. C’est par cette ouverture que débouche le capillaire 13.
Par transparence, il est possible d’observer le capillaire 13 qui est ménagé dans le corps de la cartouche 11. Il est notamment possible d’observer le remplissage du capillaire 13 par le plasma. H est également possible d’observer la jonction en T 14 et la connexion fluidique qui relie le capillaire 13 à l’organe d’éjection 18.
Membrane 12
La membrane 12 selon l’invention présente une surface supérieure et une surface inférieure.
L’échantillon de sang total est appliqué sur la surface supérieure. Le sang migre à travers la membrane 12 depuis la surface supérieure jusqu’à la surface inférieure à travers des pores configurés pour bloquer les éléments solides contenus dans le sang tels que les globules rouges, les globules blancs, les plaquettes, sans briser la membrane cellulaire.
De préférence, la membrane 12 présente une épaisseur totale comprise entre 245pm et 315pm, préférablement entre 260pm et 300pm. La membrane 12 présente un gradient de porosité depuis la surface supérieure vers la surface inférieure. Autrement formulée, la tailles de pores de la membrane 12 diminue depuis la surface supérieure vers la surface inférieure. Typiquement, les pores au niveau de la surface supérieure présentent un diamètre compris entre 30pm et 40pm, avantageusement 35pm, tandis que les pores au niveau de la surface inférieure présentent un diamètre compris entre 2pm et 3pm, typiquement 2,5pm.
La membrane 12 est de préférence réalisée dans un matériau hydrophile, de préférence un polymère hydrophile ne présentant pas d’affinités avec les protéines. La membrane 12 peut avantageusement piéger jusqu’à 50pL de sang total par cm2.
Avantageusement, la membrane est composée de deux sous-membranes hydrophiliques : une membrane asymétrique pour piéger les cellules de sang et une membrane de collecte.
La membrane 12 se présente préférablement sous la forme d’un disque de diamètre compris entre 0.5 cm et 2 cm, typiquement 1.4 cm. Alternativement, la membrane 12 peut prendre tout autre forme, telle qu’une forme polygonale, carrée ou rectangulaire. La membrane 12 permet d’obtenir un plasma comprenant une quantité de cellules restantes dans le plasma inférieure à 2% de la quantité initiale de cellules contenues dans l’échantillon de sang total.
De même, la quantité de cellules lysées est inférieure à 2% de la quantité initiale de cellules contenues dans l’échantillon de sang.
Avantageusement, la membrane 12 comporte un bord avant 21 et un bord arrière 22. La membrane 12 est positionnée de manière inclinée d’un angle compris entre 5° et 10° depuis le bord avant 21 vers le bord arrière 22 par rapport à un plan longitudinal du capillaire 13.
Capillaire 13
Le capillaire 13 tel qu’illustré sur la figure 1 s’étend depuis l’entrée 31 jusqu’à la sortie 17. Le tracé du capillaire peut adopter différentes formes, telles qu’un tracé rectiligne ou courbe ou encore une forme de serpentin afin d’optimiser la place occupée par le capillaire 13 sur la cartouche 11.
Le capillaire 13 peut être formé par un procédé d’enlèvement de matière tel que la gravure, ou par un procédé de dépôt de matière tel que l’impression 3D afin de former les parois du capillaire 13, ou encore par moulage dans la cartouche 11, puis fermeture par un couvercle transparent.
L’entrée 31 du capillaire 13 est positionné de sorte à réceptionner le plasma filtré obtenu au niveau de la surface inférieure de la membrane 12. Avantageusement, l’entrée 31 du capillaire 13 peut être connectée à un réservoir 32, illustré sur la figure 2, positionné sous la membrane 12 et configuré pour réceptionner le plasma filtré obtenu au niveau de la surface inférieure de la membrane 12. Typiquement, le réservoir 32 peut présenter une forme circulaire de même diamètre que la membrane 12 et présentant une profondeur comprise entre 100pm et 200pm. Avantageusement, la capacité du réservoir est comprise entre 5pL et lOpL, et de préférence inférieure à 8pL.
Le capillaire 13 peut présenter une section circulaire ou une section polygonale. Dans le mode de réalisation représenté, le capillaire 13 présente une section rectangulaire et présente un fond de capillaire, deux surfaces latérales de capillaire s’étendant en regard l’une de l’autre depuis le fond de capillaire et une surface supérieure de capillaire s’étendant entre les surfaces latérales de capillaire en regard du fond de capillaire. Par exemple, le capillaire 13 a une hauteur, entre le fond de capillaire et la surface supérieure de capillaire comprise entre 100pm et 200pm, de préférence inférieure àl50pm. La largeur de la section du capillaire 13, entre les surfaces latérales de capillaire, est comprise entre 1mm et 3mm. La longueur de la portion du capillaire 13 définie entre la jonction en T 14 et la sortie 17 est choisie en fonction du volume que l’on souhaite délivrer en sortie. Ce volume peut être compris entre 5pL et 15pL, typiquement 8pL, lOpL, 12pL ou 14pL. Typiquement, la longueur du capillaire 13 est comprise entre 2cm et 10cm. Avantageusement la section du capillaire 13 est constante depuis l’entrée du capillaire vers la sortie 17 du capillaire afin d’assurer la vidange du capillaire par un unique actionnement de l’organe d’éjection fluidique 18
Le choix du matériau du capillaire 13 est également important, car il permet de limiter le temps de trajet du plasma au sein du capillaire 13. Ainsi, le capillaire 13 est de préférence réalisé dans un matériau présentant un angle de mouillage inférieure à 60°, préférablement inférieure à 57° avec le plasma. Typiquement, un matériau tel que l’acrylique peut être utilisé pour les parois du capillaire 13.
La sortie 17 du capillaire peut prendre plusieurs aspects. De manière générale, la forme de la sortie 17 est choisie de sorte à permettre un contact entre le plasma contenu dans le capillaire 13 avec une surface absorbante appartenant par exemple à un dispositif de test d’un marqueur biologique donné. A cet effet, le bord de la cartouche 11 comportant la sortie 17 présente une forme triangulaire afin de minimiser le contact dudit bord avec la surface absorbante. Organe d’éjection 18
L’organe d’éjection 18 selon l’invention peut prendre différentes formes. Typiquement, l’organe d’éjection 18 peut comporter un élément d’actionnement 16 et un canal 15 reliant l’élément d’actionnement au capillaire 13. Dans le mode de réalisation, l’élément d’actionnement 16 se présente sous la forme d’un bouton réalisé en une ou plusieurs couches de matériau déformable de manière à présenter une convexité, et rendu solidaire de la surface supérieure de la cartouche 11, typiquement par soudure. Le canal 15 présente un fond de canal, deux surfaces latérales de canal s’étendant en regard l’une de l’autre depuis le fond de canal et une surface supérieure de canal s’étendant entre les surfaces latérales de canal en regard du fond de canal. Ainsi, un utilisateur peut appuyer sur le bouton de sorte à le déformer et à chasser le fluide contenu à l’intérieur du bouton dans le canal 15.
Typiquement, le matériau du bouton est un polymère déformable élastiquement ou un composant en aluminium déformable.
Le volume de fluide contenu dans le bouton est au moins trois fois supérieur au volume de plasma que l’on souhaite éjecter. Ainsi, à titre d’exemple, le volume de fluide contenu dans le bouton est de 15pL à 60pL.
Classiquement, le fluide utilisé est l’air mais on peut également choisir un fluide non miscible avec le plasma tel qu’une huile.
Alternativement, l’organe d’éjection 18 peut être toute source de fluide activable par l’utilisateur telle qu’une poire d’injection, une seringue ou autre.
Jonction en T
Tel qu’illustré sur la figure 3, le canal 15 est connecté au capillaire 13 de sorte à former un angle sensiblement égal à 90° de sorte à former une jonction en T 14. Le canal 15 présente une première section élargie 61 présentant une hauteur comprise entre 150pm et 1mm et une largeur comprise entre 2mm et 3mm, ainsi qu’une seconde section élargie 62 présentant une hauteur comprise entre 150pm et 1mm et une largeur comprise entre 2mm et 3mm débouchant directement dans le capillaire 13. La seconde section élargie 62 définit un premier volume 63 et la zone du capillaire 13 jouxtant la seconde section élargie 62 définit un second volume 64. L’invention vise à minimiser ces deux volumes 63, 64 à un volume inférieur à 0,2% du volume de plasma que l’on souhaite délivrer en sortie du dispositif 100. En effet, ces deux volumes 63, 64 sont responsables de la variabilité du volume de plasma délivré en sortie du dispositif car le plasma contenu dans ces deux volumes 63, 64 peut migrer en direction de la membrane 12 ou de la sortie 17 sous l’effet de l’injection de fluide depuis l’organe d’éjection 18.
Méthode de fabrication du dispositif.
Le dispositif peut être fabriqué de plusieurs manières. Selon un premier mode de réalisation, le dispositif peut être obtenu par photolithographie. Cette méthode comprend des étapes d’exposition d’une résine photosensible recouverte par des masques ayant notamment la forme du capillaire à une lumière UV afin de solidifier la résine.
Alternativement, le dispositif peut être obtenu par une méthode de soudure par diffusion, de sorte à souder ensemble un ensemble de couches acrylique comprenant les différentes parties du dispositif 100.
Ainsi, tel qu’illustré sur la figure 2, le dispositif 100 peut être constitué d’une superposition de différentes couches solidarisées les unes aux autres, par exemple par soudure. Les couches présentent un même contour, notamment rectangulaire, et des dimensions identiques. Dans le mode de réalisation représenté, le dispositif 100 peut comprendre :
- une couche support 51 présentant la forme de la cartouche 11 et comportant le fond de capillaire et le fond de canal,
- une première couche 52 comportant les surfaces latérales de capillaire et les surfaces latérales de canal de manière à en définir les tracés, la première couche 52 comportant également, dans le mode de réalisation représenté le réservoir 32,
- une deuxième couche 53 comportant les surfaces supérieures de capillaire et de canal, un premier emplacement 55 configuré pour recevoir la membrane 12 et un deuxième emplacement 54 configuré pour recevoir l’élément d’actionnement 16 de l’organe d’éjection 18. L’épaisseur de la deuxième couche 53 en acrylique peut varier selon sa longueur de sorte à permettre un positionnement incliné de la membrane 12. Alternativement, une couche supplémentaire, non représentée, peut être ajoutée sur la deuxième couche 53 afin de créer une surépaisseur permettant l’inclinaison de la membrane 12. Enfin, la membrane 12 est positionnée dans le premier emplacement 55 de la deuxième couche 53, tandis que l’élément d’actionnement 16 de l’organe d’éjection 18 est positionné dans le deuxième emplacement 54 de la deuxième couche 53.
Alternativement, le dispositif 100 peut par exemple être obtenu par impression 3D.
Dans le mode de réalisation représenté, les couches du dispositif 100 sont réalisées en acrylique et plus spécifiquement en poly(méthacrylate de méthyle) ou PMMA. Dans d’autres modes de réalisation, les couches pourraient être en tout matériau approprié et notamment en un polymère époxy, tel que du cuivre.
Méthode 200
Tel qu’illustré sur la figure 4, l’invention se rapporte également à une méthode 200 d’extraction du plasma à partir d’un échantillon de sang via un dispositif 100 tel que décrit précédemment.
La première étape 201 de la méthode 200 consiste à déposer un échantillon de sang sur la membrane 12 de sorte à obtenir du plasma dans le capillaire 13. Pour ce faire, l’échantillon de sang est appliqué sur la surface supérieure de la membrane 12. Le sang peut être appliqué sous forme de goutte, au moyen d’une pipette jetable ou encore directement en apposant le doigt préalablement percé par une microaiguille directement sur la membrane. Un volume de sang compris entre 50pL et lOOpL, préférablement 80pL, peut être déposé sur la membrane 12.
Alors que le sang migre à travers la membrane 12, toutes les cellules sanguines sont progressivement piégées dans le labyrinthe de pores et le plasma est autorisé à s’écouler à travers la surface inférieure de la membrane 12 afin d’être collecté dans le réservoir 32. La force motrice du processus de séparation est la capillarité.
Le plasma s’écoule ensuite dans le capillaire 13 jusqu’à remplir complètement la portion du capillaire 13 située entre la jonction en T 14 et la sortie 17. La seconde étape 202 consiste ensuite à actionner l’organe d’éjection 18 pour éjecter le volume de plasma compris entre la jonction en T 14 et la sortie 17, par ladite sortie 17.
Avantageusement, la durée entre le dépôt de l’échantillon de sang total sur la membrane 12 et le moment où le plasma peut être délivré, c’est-à-dire que la portion du capillaire comprise entre la jonction en T 14 et la sortie 17 est remplie, est compris entre 1 et 5 minutes.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d’extraction (100) de plasma à partir d’un échantillon de sang, le dispositif d’extraction (100) comportant :
- une membrane (12) configurée pour extraire le plasma de l’échantillon de sang, la membrane (12) comportant une surface supérieure agencée pour recevoir l’échantillon de sang et une surface inférieure,
- un capillaire (13) comportant : une entrée (31) agencée en regard de la surface inférieure de la membrane (12) pour recevoir le plasma, et une sortie (17) ouverte vers un extérieur du dispositif d’extraction, le capillaire (13) étant configuré pour transporter le plasma depuis l’entrée (31) jusqu’à la sortie (17) selon une trajectoire,
- un organe d’éjection (18) actionnable par un opérateur et configuré pour éjecter un volume de plasma situé dans le capillaire (13) par la sortie (17) lorsque ledit organe d’éjection (18) est actionné, le dispositif d’extraction (100) comportant en outre une jonction en T (14) à laquelle l’organe d’éjection (18) est raccordé, perpendiculairement au capillaire (13), le volume de plasma étant compris entre la jonction en T (14) et la sortie (17).
2. Dispositif d’extraction (100) selon la revendication 1, dans lequel la membrane
(12) comporte un bord avant et un bord arrière, la membrane (12) étant inclinée d’un angle compris entre 5° et 10° depuis le bord avant vers le bord arrière par rapport à un plan longitudinal du capillaire (13).
3. Dispositif d’extraction (100) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le capillaire
(13) est réalisé dans un matériau présentant un angle de mouillage inférieure à 60°, préférablement inférieure à 57° avec le plasma.
4. Dispositif d’extraction (100) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le capillaire (13) présente une hauteur définie entre l’entrée et la sortie inférieure à 150pm.
5. Dispositif d’extraction (100) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le capillaire (13) présente une section constante depuis l’entrée vers la sortie.
6. Dispositif d’extraction (100) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel l’organe d’éjection (18) est configuré pour fournir un volume de fluide dans le capillaire (13) au niveau de la jonction en T (14).
7. Dispositif d’extraction (100) selon la revendication 6, dans lequel le volume de fluide est au moins trois fois supérieur au volume de plasma.
8. Dispositif d’extraction (100) selon l’une des revendications 6 ou 7, dans lequel le fluide est de l’air.
9. Dispositif d’extraction (100) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel l’organe d’éjection (18) comporte un élément déformable, actionnable au doigt.
10. Dispositif d’extraction (100) selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel la jonction en T (14) présente un volume inférieur à 0,2% du volume de plasma.
11. Dispositif d’extraction (100) selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel le capillaire (13) présente un fond de capillaire, deux surfaces latérales de capillaire s’étendant en regard l’une de l’autre depuis le fond de capillaire et une surface supérieure de capillaire s’étendant entre les surfaces latérales de capillaire en regard du fond de capillaire, et dans lequel l’organe d’éjection (18) comprend un élément d’actionnement (16) et un canal (15) présentant un fond de canal, deux surfaces latérales de canal s’étendant en regard l’une de l’autre depuis le fond de canal et une surface supérieure de canal s’étendant entre les surfaces latérales de canal en regard du fond de canal, le dispositif d’extraction (100) étant constitué d’au moins une couche support (51) comportant le fond de capillaire et le fond de canal,
- une première couche (52) superposée à la couche support (51) et comportant les surfaces latérales de capillaire et les surfaces latérales de canal,
- une deuxième couche (53) superposée à la première couche (52) et comportant les surfaces supérieures de capillaire et de canal, un premier emplacement (55) configuré pour recevoir la membrane (12) et un deuxième emplacement (54) configuré pour recevoir pour l’élément d’actionnement (16) de l’organe d’éjection (18).
12. Méthode d’extraction du plasma à partir d’un échantillon de sang via un dispositif selon l’une des revendications 1 à 11, la méthode comportant les étapes de :
- déposer un échantillon de sang sur la membrane (12) de sorte à obtenir du plasma dans le capillaire (13),
- actionner l’organe d’éjection (18) pour éjecter un volume de plasma situé dans le capillaire (13) par la sortie (17) lorsque ledit organe d’éjection est actionné, le volume de plasma étant compris entre la jonction en T (14) et la sortie (17).
13. Méthode selon la revendication 11, dans laquelle la méthode comprend une étape de positionnement de la sortie (17) du dispositif au contact direct avec une surface absorbante.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080051011A (ko) * 2006-12-04 2008-06-10 한국전자통신연구원 혈장 분리용 마이크로 필터 소자
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