AT390512B - Kuehlkammer zum herstellen von duennen schnitten bei reduzierter temperatur - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine mittels flüssigem Stickstoff (LN2) gekühlte und durch gasförmigen Stickstoff (GNj) gespülte Kühlkammer zum Herstellen von dünnen, insbesondere ultradünnen, Schnitten für mikroskopische bzw. elektronenmikroskopische Untersuchungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dieser Anmeldung.

Nach dem heutigen Stand der Technik werden L^-gekühlte und G^-gespülte bzw. G^-gefüllte Kühlkammern vorzugsweise im Bereich der Kryo-Ultramikrotomie für elektronenmikroskopische Untersuchungen von zäh-elastischen antiadhäsiven oder biomedizinischen Objekten anstelle der früher verwendeten Kühlpatronen oder Kryostatsysteme eingesetzt (vgl. hierzu H. SITTE, Instrumentation for Cryosectioning, in: Electron Microscopy 1982, Vol. 1, lOth Int. Congr. on Electron Microscopy, Hamburg, pp. 9 - 18; H. SITTE und K. NEUMANN, Ultramikrotome und apparative Hilfsmittel für die Ultramikrotomie, Gerätetechnik - Funktion-Zubehör, in: G. SCHIMMEL und W. VOGELL: Methodensammlung der Elektronenmikroskopie, Beitrag 1. 1. 2, Wiss. Verl. GmbH, Stuttgart ll·, 1984, 1 - 248, insbesondere pp. 69 - 91; C. REICHERT AG, A-1170 Wien, Katalog 1. K. - FC 4 D- D 4/84, FC 4 D-Tieftemperatur-Schneidesystem nach SITTE, 1984; C. REICHERT AG, A-1170 Wien, Katalog 1. K. -CRYO PREP.-E-8/86, Cryo preparation for superior EM investigation, 1986). Bei dem heute vorzugsweise verwendeten FC 4 D-System der REICHERT AG in A-1170 Wien wird der Schneideraum, in dem sich das gefrorene Objekt und das Messer befinden, von einer oben offenen Schachtel aus Aluminiumblech gebildet, die direkt von LN2 gekühlt wird. Zu diesem Zweck sind unter Berücksichtung der Platzverhältnisse an einem Ultramikrotom rechts und links zwei miteinander kommunizierende Aluminiumblech-Tanks ("Twintank") zur Aufnahme von insgesamt etwa 11 LN2 an den erwähnten Schneideraum angeschlossen. Dieses System (Twintank mit Schneideraum) ermöglicht das Erreichen von Minimaltemperaturen, die dem Siedepunkt des LN2 (-196 °C) sehr nahe kommen sowie die Arbeit mit einem offenen Schneideraum ("open top work") ohne das Risiko von Eisniederschlägen im Objekt-Messer-Bereich. Dieser Umstand ist dem starken G^-Strom zu verdanken, der laufend aus dem als Kryogen verwendeten LNj abdampft und zu einem Teil durch Umlenkbleche auf den Boden der Schneidekammer gelenkt wird. Auf diese Weise wird der Schneideraum von unten nach oben durch einen Strom kalten trockenen GN2 gespült, der einerseits Objekt und Messer sowie deren Halterungen abkühlt und andererseits das Eintreten feuchter Raumluft in den Schneideraum verhindert. Da im Hinblick auf die Wärme- bzw. Kälteempfindlichkeit der Ultramikrotom-Mechanik auch Frostniederschläge sowie Kaltflächen an der Außenseite des Tanksystems vermieden werden müssen, ist das beschriebene System von einer Isolationsschicht aus geschäumtem Kunststoff (z. B. geschäumtem Polystyrol oder Polyurethan) und schließlich einer thermostatisch auf Raumtemperatur beheizten Kammerwand aus einem gut wärmeleitenden Material (z. B. Aluminiumguß) umgeben (vgl. u. a. H. SITTE, K. NEUMANN, H. KLEBER und H. HÄSSIG, Kühlkammer zur Aufnahme von zu bearbeitenden Objekten, Deutsche Patentanmeldung Nr. 29 06 153 C2 vom 17. Februar 1979). Eine derartige Kammerwand verhindert nicht nur eine Frostbildung, welche auch bei einer relatv dicken Schaumstoffisolation nach längerem Betrieb nicht zu vermeiden ist, sondern wärmt gleichzeitig den über die Außenwände abfließenden GN2 auf

Temperaturen auf, welche die sensible Ultramikrotom-Mechanik nicht mehr störend beeinflussen. Die Kammerwand ist über eine elastische Zwischenlage an einem Montageelement (z. B. Schwalbenschwanzverbindung) befestigt, mit dessen Hilfe sie am Mesersupport des Mikrotoms bzw. Ultramikrotoms montiert werden kann. Das Montageelement trägt in einer starren metallischen Verbindung die Basisplatte für den Messerhalter. Demgegenüber ist das Objekt heute in der Regel an einem brückenartigen Trägerelement befestigt, das am Präparatträgerarm des Mitkrotoms bzw. Ultramikrotoms montiert ist und von oben in den Schneideraum eintaucht ("Brücke" nach CHRISTENSEN, vgl. A.K. CHRISTENSEN, J. Cell Biol. 5L 1971:772 - 804).

Entscheidende Bedeutung kommt bei derartigen Kühlkammern der Art zu, in der die LNj-Füllung bzw. -Nachfüllung des Tanksystems erfolgt. In der Regel wird der U^-Tank über eine Schlauchverbindung aus einem Vorratsbehälter (z. B. 50 1-Dewar) gefüllt. Da eine kontinuierliche L^-Nachfüllung angesichts der sehr unterschiedlichen Betriebsbedingungen technisch schwer zu realisieren ist, erfolgt die Nachfüllung diskontinuierlich und wird durch Meßfühler (z. B. thermosensible Dioden) dergestalt gesteuert, daß die LN2-Nachfüllung bei einem vorgewählten Minimalstand des LN2 im Twintank gestartet und bei Erreichen eines ebenfalls vorgewählten Maximalstandes wieder gestoppt wird. Nach dem Stopp der L^-Nachfüllung tritt eine Pause ein, in der wiederum so lange GN2 aus dem in dem Tanksystem der Kühlkammer befindlichen LN2 absiedet, bis wieder der IJ^-Minimalstand ereicht ist und neuerlich ein Nachfüllprozeß beginnt In der Zeitspanne zwischen zwei Nachfüllprozessen erwärmt sich die Schlauchverbindung zwischen Vorratsdewar und Kühlkammer so, daß sie für die neuerliche L^-Nachfüllung zunächst wieder auf -196 °C abgekühlt werden muß. Hierdurch kommt es zu einem starken Siedeprozeß, bei dem große Mengen GN2 freigesetzt werden, die ihrerseits bei einer Ableitung durch den Schneideraum den Schneidevorgang störend beeinflussen. Man verhindert daher den Austritt -2-

Nr. 390 512 dieses initial bei der Nachfüillung gebildeten GN2 durch den Schneideraum mittels einer L^-Flüssigkeitssperre in der Art des in der Sanitärinstallation als Abschluß gegen das Kanalsystem üblichen Siphons ("Phasenseparator" zur Trennung des GN2 vom 12¾ bei der Nachfüllung). Die heute generell mit derartigen "Separatoren" ausgestatteten Kühlkammern reagieren auf den initialen GN2-Stoß beim Nachfüllen nur in sehr 5 abgeschwächter Weise.

Es zeigte sich sehr bald, daß die minimal erreichbare Objekt- und Messertemperatur in den meisten Fällen nicht die optimale Temperatur zur Abnahme der Schnitte darstellt. Beispielsweise ist zur Abnahme von Schnitten in Dicken zwischen 0,5 und 1 pm von biomedizinischen Proben, die vor dem Einfrieren nachdem heute für die Histochemie üblichen Verfahren von TOKUYASU (vgl. hierzu G. GRIFFITH und Mitarbeiter, J. Ultrastructure 10 Res. 82,1984:65 - 78) mit Aldehyd- und Zuckerlösungen behandelt wurden, eine Temperatur um -80° optimal, da das gefrorene Material bei tieferen Temperaturen für das Abnehmen von Schnitten dieser Dicke zu spröde und brüchig wird. Möchte man von der gleichen Probe für die elektronenmikroskopische Untersuchung ultradünne Schnitte in Dicken < 0,1 pm abnehmen, so gelingt dies wiederum nur bei der Reduktion der Temperatur auf etwa -100 °C. Will man biomedizinische Proben, die durch eine rapide Kryofixation amorph vitrifiziert wurden, in 15 diesem amorphen Zustand schneiden, so muß diese Schnittpräparation in einen Temperaturbereich unter -140 °C ausgeführt werden, da sich amorph-vitrifiziertes Wasser bei der Devitrifikationstemperatur von -135 °C in kubisch-kristallines Wasser umwandelt, wodurch die sensiblen Feinstrukturen zerstört werden. Schließlich kann man viele zäh-elastische und/oder antiadhäsive Polymere (z. B. Natur- oder Kunstkautschuk, TEFLON, Polyäthylene) nur unterhalb ihres Glaspunktes schneiden, da sie erst dann die zum Schneiden nötige harte 20 Konsistenz erreichen. Viele Stoffe (z. B. Silikonkautschuk, TEFLON) erreichen diese Konsistenz erst in mittelbarer Nähe des Siedepunktes von LN2, d. h. um -190 °C.

Kammern der beschriebenen Konstruktion erreichen zwar ohne Schwierigkeiten tiefste Temperaturen nahe -190 °C und sind daher zum Schneiden amorph-vitrifizierter biomedizinischer Objekte sowie zum Schneiden von Polymeren mit extrem niedrigem Glaspunkt ausgezeichnet geeignet. Sie eignen sich jedoch nur bedingt zum 25 Schneiden von biomedizinischen Proben nach einer Zuckerimprägnation gemäß TOKUYASU im Temperaturbereich < -100 °C. Es hat sich gezeigt, daß man zwar die metallische Objekt- und Messerhalterung durch eine Heizpatrone sehr rasch auf Werte < -100 °C aufheizen kann, daß aber infolge der starken Spülung des Objektes und des Messers durch kalten GN2 die Objektspitze sowie die Messerschneide trotzdem auf Temperaturen verbleiben, welche dem kalten Spülgas (etwa -170 °C in der Höhe der Messerschneide) viel näher 30 liegen als den Temperaturen der beheizten metallischen Halterungen. Man ist daher bei derartigen Systemen gezwungen, das Gl^-Spülgas ebenfalls wesentlich aufzuheizen. Dies geschieht nach dem heutigen Stand der

Technik durch eine am Kammerboden montierte beheizte Metallplatte, über die der kalte G^-Strom gelenkt wird. Man erreicht zwar die gewünschte Aufheizung des Spülgases von -170° auf etwa -100 °C und in weiterer Folge brauchbare Arbeitsbedingungen im Temperaturbereich bis etwa -80 °C, stößt dabei aber einerseits an die 35 Grenze der Möglichkeiten derartiger Systeme und erkauft dies gleichzeitig durch eine erhebliche Zunahme des LNj-Verbrauchs. Die angesprochene Grenze der Möglichkeiten ist durch ein "circulus vitiosus" gegeben: Die

Heizelemente in der Kammer, insbesondere die am Kammerboden befestigte Heizplatte zum Aufwärmen des GN2-Spülgases, bewirken ihrerseits ein stärkeres Absieden von GN2 aus dem L^-Tank, erhöhen damit die Kühlung durch das G^-Spülgas und erzwingen schließlich eine noch stärkere Heizleistung in der Kammer. Dieser 40 Wirkungskreis limitiert das Gegenheizen auf G^-Temperaturen um -100 °C. Der U^-Verbrauch des Systems steigt dabei von etwa 3,51 IJ^/h für einen Schneideraum von etwa 11 ohne Gegenheizung (G^-Temperatur -170 °C) auf etwa 71LN2/I1 bei einer Gegenheizung, die eine G^-Temperatur von rund -100 °C im gleichen System bewirkt Da dieser erhöhte L^-Verbrauch endogen, d. h. durch die Heizleistung der Gasheizplatte in der Schneidekammer bedingt ist, kann sie durch eine verstärkte Schaumisolation des Tanksystems nach außen nicht 45 gemindert werden. Abgesehen von diesem störenden Phänomen, das zu dem Schnittpräparationen in dem für die üblichen Kryostatsysteme der lichtmikroskopischen Histochemie und Mikromorphologie üblichen Temperaturbereich zwischen 0 und -50 °C in derartigen Kühlkammern unmöglich macht, wird die Schnittpräparation durch die initiale G^-Freisetzung im Verbindungsschlauch zwischen dem Vorratsdewar und dem Kammertank trotz der inzwischen eingeführten Separatorsysteme deswegen betroffen, weil diese eine durch 50 die Stoßwellen ausgelöste Schaukelbewegung des LN2 im Twintank nicht verhindern können. Hierdurch benetzt der LN2 im Twintank kurzfristig Bereiche der Kammerwandung, deren Temperaturen etwas über seiner Siedetemperatur liegen. Zwangsläufig tritt auch hierbei ein Sieden des LN2 ein. Der freigesetzte GN2 wird durch die Umlenkbleche in die Schneidekammer gelenkt und bewirkt dort einen Temperaturabfall in einer Größenordnung von 1 bis 3 °C und in weiterer Folge den Ausfall einiger Schnitte im Schnittband. Schließlich 55 hat die Praxis ergeben, daß die Montage schwerer und insgesamt großvolumiger, räumlich ausgedehnter Kammern (Volum insgesamt über 41, Abmessungen: Höhe x Breite x Tiefe etwa 15 x 25 x 15 cm^) auf einem Präzisions- -3-

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Kreuzsupport für die Messerhalterung eines Mikrotoms bzw, Ultramikrotoms nicht hinreichend stabil ist, sondern trotz vielseitiger Schutzmaßnahmen dazu tendiert, bei der für das Abpräparieren der Schnitte fast unvermeidlichen Handauflage auf der Kammerwandung eine störende Änderung der Relativposition zwischen dem Präparat und dem Messer zuzulassen, welche das risikofreie sofortige Fortsetzen einer Schneideserie nach dieser Unterbrechung praktisch unmöglich macht. Ziel der Erfindung ist es daher, die geschilderten Nachteile der beschriebenen Kammerkonstruktion nach dem Stand der Technik zu beseitigen, dies heißt die Kammer besonders in einer Weise zu verbessern, welche die Schnittpräparation bei reduzierten Temperaturen im Gesamtbereich zwischen der Raumtemperatur und -190 °C ohne eine wesentliche Erhöhung des LN2-Verbrauchs des Systems (beispielsweise über etwa 3,5 1/h) durch die Gegenheizung der Objekt- und Messerhalterung sowie des GN2-Spülgases gewährleistet sowie durch die gleichzeitige Verbesserung des Separatorsystems ein ununterbrochenes Herstellen von Kryoschnitten auch während des Anlaufens der LN2-Nachfüllung ermöglicht. Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in dem Tanksystem rechts und links des Schneideraumes innerhalb der LN2-Behälter zwei Einsatztanks angeordnet sind, welche untereinander durch eine gesonderte bodennahe LN2-Verbindung, vorzugsweise durch ein Verbindungsrohr verbunden sind und von denen zumindest einer über ein waagrecht verlaufendes englumiges und > 80 mm langes Separatorrohr mit einem in die Kühlkammer integrierten Separatortank mit LN2-Zuleitung und GN2-Ableitung verbunden ist, aus dem die Einsatztanks gespeist werden, wobei die einander zugewandten seitlichen Wandflächen der beiden Einsatztanks Teile der metallischen Wandung des Schneideraumes darstellen können und zumindest ein Abschnitt der äußeren seitlichen oder der vorderen bzw. hinteren Wände zumindest eines der beiden Einsatztanks jeweils eine minimale Höhe aufweist, welche geringer ist als die minimale Höhe eines Abschnittes der vertikalen metallischen Wandung des Schneideraumes, und wobei der durch metallische Umlenkbleche zur Gänze auf den Boden des Schneideraumes gelenkte GN2 aus dem Tanksystem bei Bedarf durch eine ausschließlich an diesen Umlenkblechen befestigte, vorzugsweise eine Gasheizplatte aufweisende Gasheizanordnung erwärmt werden kann, die ihrerseits keinen Festkörper-Flächenkontakt mit den Metallteilen der Wandung des Schneideraumes aufweist. Die beiden Einsatztanks sind hierbei innerhalb der beiden LN2-Behälter des "Twintanks" rechts und links des Schneideraumes so angeordnet, daß der in die Einsatztanks eingefüllte LN2 die Wände des Schneideraumes entweder überhaupt nicht benetzt, oder daß die jeweils dem Schneideraum zugewandten, vertikalen Seitenwände der Einsatztanks einen Teil der vertikalen Seitenwand des jeweiligen Twintanks darstellen, während die anderen Seitenwände und die Böden der beiden Einsatztanks gesonderte Wandelemente bilden und daß die Einsatztanks schließlich an ihrer Oberseite entweder gänzlich offen sind oder zumindest durch eine Öffnung bei einem Überfüllen das Überfließen von LN2 in das

Twintanksystem und damit in weiterer Folge eine Betriebsart zulassen, welche dem Betrieb der eingangs beschriebenen Kamm»’ für Tieftemperaturpräparationen im Bereich zwischen -120° und -190 °C entspricht Die Separatorkammer bzw. -tank bildet hierbei ein gesondertes Abteil eines der beiden LN2-Behälter innerhalb des Twintanksystems, das im Gegensatz zum Stand der Technik im GN2-Bereich während der normalen Betriebsbedingungen des schneidebereiten Systems vollständig vom GN2-Beieich des sonstigen Tanksystems (Twintank einschließlich Einsatztanks) getrennt ist, wobei im LN2-Bereich während der normalen Betriebsbedingungen zwischen dem LN2-Bereich des Separatortanks und dem LN2-Bereich des sonstigen Tanksystems über einen der beiden Einsatztanks lediglich eine Verbindung durch ein stets von LN2 umspültes und daher stets auf LN2-Siedetemperatur abgekühltes Rohr hinreichender Länge (z. B. > 80 mm) bei hinreichend geringem freien Innendurchmesser (z. B. < 4 mm) besteht, durch welches die LN2-Nachfüllung aus der Separatorkammer in das sonstige Tanksystem stattfindet, die durch LN2-Nieveausensoren (z. B. thermosensible

Dioden oder Meßwiderstände) elektronisch gesteuert wird.

Die Einsatztanks bewirken, soweit sie nicht in der erwähnten Weise überfüllt werden, daß die Wandungen des Schneideraumes entweder überhaupt nicht durch LN2 benetzt werden, oder daß nur ein begrenzter Wandabschnitt des Schneideraumes direkt mit LN2 gekühlt wird, wobei das Flächenmaß dieser direkt gekühlten Wandfläche zusätzlich durch die Steuerung des LN2-Füllstandes variiert werden kann. Demgegenüber tritt LN2 nicht direkt mit den anderen Außenflächen des Tanksystems in Kontakt. Der LN2-Verlust durch den Wärmeeinstrom, der über die Schaumstoffisolation aus der beheizten Kammerwand stets stattfindet, wird daher wesentlich reduziert. Im gleichen Ausmaß reduziert sich die Menge des laufend absiedenden GN2, wodurch der beschriebene Wirkungskreis zwischen Gegenheizung und GN2-Spülgasbildung wirkungsvoll unterbrochen wird. Der Separatortank bewirkt, daß die Schaukelbewegungen des Kryogens im sonstigen Tanksystem auf ein Minimum eingeschränkt werden, das den Schneidevorgang nicht mehr stört, das heißt während der laufenden Schneideserie beim Start der LN2-

Nachfüllung keine Ausfälle von Schnitten verursacht. Die ausschließlich an den Umlenkblechen befestigte Gasheizplatte wiederum steht im Gegensatz zum Stand der Technik mit dem LN2-Tanksystem nicht mehr über metallische Zwischenglieder geringer Länge in einem direkten thermischen Kontakt mit der Wandung des -4-

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Schneideraumes und beeinflußt daher bei ihrem Betrieb nur in vergleichsweise geringerem Umfang eine Erhöhung des LNj-Verbrauchs und damit einen Verstärkung des G^-Spülgasstromes.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, daß die beiden Einsatztanks durch eine in sie parallel und symmetrisch zur Symmetrieebene der Kammer eingebaute, überwiegend vertikale Trennwand in jeweils zwei Abteile aufgeteilt werden, von denen jeweils das äußere nicht direkt an die Seitenwand der Schneidekammer angrenzende Abteil mit dem symmetrisch entsprechenden Abteil des anderen Einsatztanks durch das bereits beschriebene Verbindungsrohr verbunden ist und daß die Höhe der Trennwände so gewählt wird, daß der LN2 aus dem jeweils äußeren Abteil in das Innere, gegen die Schneidekammer hin gelegene Abteil abfließt, bevor LN2 aus den Einsatztanks in das übrige Tanksystem überfließt. Hierdurch wird eine Differenzierung bei der LN2- Füllung des Tanksystems dergestalt erreicht, daß zunächst vom Separatortank aus in eines der äußeren Abteile LN2 einfließt und über das Verbindungsrohr das jeweils korrespondierende äußere Abteil des anderen Einsatztanks auffüllt. Hierbei werden die Wände des Schneideraumes nur über die Blechverbindung der Wandabschnitte und des Bodens der noch nicht mit LN2 gefüllten inneren Abteile der beiden Einsatztanks abgekühlt. Der Effekt dieser Kühlung kann durch die Ausbildung des Tanks aus rostbeständigem Edelstahl geringer Stärke und geringen Wärmeleitvermögens bei Bedarf gering gehalten bzw. durch die Wahl von Aluminiumblech größerer Stärke nach Bedarf gesteigert werden. Ebenso ist eine Differenzierung durch die Wahl der Breite der inneren Abteile möglich. Beim Überfüllen der äußeren Abteile werden zunächst die inneren Abteile der beiden Einsatztanks mit LN2 gefüllt, der damit erstmals in der beschriebenen Weise mit Teilbereichen der rechten und linken Seitenwand des Schneideraumes in Kontakt treten kann. Der Kühleffekt wird dadurch deutlich verstärkt. Der maximale Kühleffekt wird bei weiterem Auffüllen des Tanksystems dadurch erreicht, daß der gesamte Twintank mit LN2 gefüllt und im

Extremfall neben dem Boden alle Seitenwände des Schneideraumes direkt mit LN2 gekühlt werden, wobei wiederum durch eine Steuerung mittels Nieveausensoren die L^-Füllung und damit die L^-Direktkühlung auf eine gewisse L^-Höhe bzw. Kühlfläche begrenzt werden kann.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, daß im Innenraum der ungeteilten Einsatztanks, bzw. in den äußeren Abteilen der durch Trennwände jeweils in zwei Abteile geteilten Einsatztanks Heizelemente angeordnet werden, welche die Menge des absiedenden GN2 gezielt erhöhen und damit einen zu geringen GN2-Spülgasstrom, der eine Frostfreiheit des Schneideraumes nicht mehr gewährleistet, im gewünschten Umfang verstärken. Diese Maßnahme ist insbesondere bei hohen Kammergastemperaturen und/oder extrem reduziertem G^-Flux notwendig, da bei einer Annäherung der GN2-Spülgastemperaturen an die

Raumtemperatur der Dichte-Unterschied zwischen dem Spülgas und der Raumatmosphäre abnimmt und daher in weiterer Folge - insbesondere bei geringem G^-Durchsatz durch den Schneideraum - geringe Turbulenzen oder Strömungen in der Luft zum Einbringen von feuchter Raumluft in den Schneideraum und damit zu Frost- oder Kondensatbildungen an den darin befindlichen Kaltflächen führen.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, daß die beiden Einsatztanks mit der Wandung des Schneideraumes abgesehen von der Wandung des Separatortanks ausschließlich über das Verbindungsrohr verbunden sind, das den Abfluß von LN2 aus dem einen in den anderen Einsatztank gewährleistet Da über diese

Kontaktstellen nur ein sehr reduzierter Wärmetransfer möglich ist, arbeitet ein derartig vereinfachtes System mit einem minimalen IJ^-Verbrauch und ermöglicht Betriebstemperaturen um 0 °C auf besonders einfache Weise.

Eine weitere Ausgestaltung kann darin bestehen, daß ein zweites abgewinkeltes Separatorrohr bei einem höheren L^-Füllstand der Kühlkammer, welcher in der Regel mit einem höheren L^-Verbrauch infolge des verstärkten Wärmeaustausches zwischen der Kammerwandung und den Außenwänden des Twintank verbunden ist, einen zusätzlichen L^-Abfluß aus dem Separatortank in einen der Einsatztanks bewirkt.

Eine weitere sinnvolle Ausgestaltung kann darin bestehen, daß am Verbindungsrohr zwischen den beiden Einsatztanks ein gut wärmeleitendes Metallprofil befestigt wird, das seinerseits mit einer ebenfalls gut wärmeleitenden Metallplatte verbunden ist, welche die Gasheizplatte abdeckt und von dieser entweder durch einen gasgefüllten Zwischenraum oder durch eine Wärmeisolation thermisch getrennt ist, so daß als Ablage und Präparationsfläche in dem Schneideraum eine kalte Platte zur Verfügung steht

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, daß die Kühlkammer über ihre metallische Kammerwand nicht in der bislang üblichen Weise am Kreuzsupport des Mikrotoms bzw. Ultramikrotoms befestigt ist, sondern am Mikrotom- bzw. Ultramikrotomsockel selbst und daß lediglich die Messerhalterung mit dem Kreuzsupport starr verbunden wird, wobei ein Dichtungsglied den Austritt von GN2 aus dem Schneideraum sowie eine Erwärmung des Schneideraumes verhindert

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung können darin bestehen, daß ein Programm wahlschalter die Vorwahl der für bestimmte Betriebsbedingungen optimalen Tankfüllung mit LN2 durch einen Drehschalter oder Tasten dergestalt ermöglicht, daß beim Voranschreiten in einer bestimmten Drehrichtung oder Richtung der Kühleffekt laufend gesteigert wird, wobei ein Funktionsdiagramm mittels beleuchteter Felder oder LED-Anzeigen den jeweils -5-

Nr. 390 512 gegebenen oder vorgewählten Füllstand aufzeigen kann oder daß der Füllstand im Tanksystem automatisch über eine Mikroprozessorsteuerung den für die Temperatur der Objekthalterung, der Messerhalterung und des Kammergases vorgewählten Werten automatisch angepaßt wird, wobei die manuell vorgewählten oder automatisch vorgegebenen Arbeitsbedingungen wiederum in der beschriebenen Weise in einem Funktionsdiagramm angezeigt werden können.

Eine Vorrichtung nach dem Stand der Technik als Ausgangspunkt der Erfindung sowie Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In diesen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 und 2 eine rein schematische Vorder- sowie Seitenansicht eines Serienschnitt- bzw. Ultramikrotomes zum Betrieb bei Raumtemperatur mit einem feststehenden Messer auf einem Kreuzsupport sowie einem auf- und ab-bewegten Objekt an einem Präparatträgerarm;

Fig. 3 eine rein schematische Darstellung einer am Messer-Kreuzsupport eines Mikrotoms gemäß Fig. 1 befestigte Kühlkammer nach dem Stand der Technik (vgl. hierzu auch Fig. 4 bis 6) zur Schnitipräparation bei reduzierter Temperatur in teilweise geschnittener Vorderansicht;

Fig. 4 bis 6 rein schematische Darstellungen einer Kühlkammer nach dem Stand der Technik gemäß Fig. 3 in geschnittener Vorderansicht (Fig. 4, Schnittebene (Sj) gemäß Fig. 5 und 6), Seitenansicht (Fig. 5, Schnittebene (S2) gemäß Fig. 4 und 6) sowie Aufsicht (Fig. 6, Schnittebene (S3) gemäß Fig. 4 und 5);

Fig. 7 bis 10 rein schematische Darstellungen des für die Erfindung grundlegenden Aufbaues einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlkammer mit ungeteilten Einsatztanks, Separatorkammer und Gasheizplatte in geschnittener Vorderansicht bei unterschiedlichem LN2-Füllstand in vereinfachter Darstellung ohne Messer- und Objekthalterung sowie Separatoranschlüsse (Fig. 7 mit LN2-Füllstand in Höhe H < Hj, sowie Fig. 8 mit LN2-Füllstand in Höhe H bei Hj < H < H2, beides in Schnittebene (Sj) nach Fig. 10), in geschnittener Seitenansicht (Fig. 9, Schnittebene (S2) gemäß Fig. 7 und 8, LN2-Füllstand analog Fig. 7), sowie in geschnittener Aufsicht (Fig. 10, Schnittebene (S3) gemäß Fig. 7 und 8, LN2-Füllstand analog Fig. 7);

Fig. 11 bis 13 rein schematische Darstellungen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung mit unterteilten Einsatztanks in geschnittener Vorderansicht bei unterschiedlichen LN2-Füllständen (Fig. 11 und 12) sowie in geschnittener Aufsicht entsprechend Fig. 10 (Fig. 13);

Fig. 14 und 15 rein schematische Darstellungen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung mit Einsatztanks, welche lediglich über das LN2-Verbindungsrohr und die Wandung des Separatortanks mit der Wandung des Schneideraumes verbunden sind in geschnittener Vorderansicht analog Fig. 11 (Fig. 14; Schnittebene (Sa) nach Fig. 15) sowie in geschnittener Aufsicht analog Fig. 10 (Fig. 15; Schnittebene (Sb) nach Fig. 14);

Fig. 16 eine rein schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung mit einem zusätzlichen abgewinkelten Separatorrohr in geschnittener Seitenansicht in Analogie zu Fig. 9;

Fig. 17 eine rein schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung mit einer Ungekühlten Abdeckung über der Gasheizplatte zur Ablage gefrorener Proben oder zu kühlender Präparationsbehelfe in geschnittener Seitenansicht in Analogie zu Fig. 5;

Fig. 18 eine rein schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist einer abgeänderten Montage der Messerhalterung und der Kammer in einer geschnittenen Vorderansicht in Analogie zu Fig. 3 und 4; sowie

Fig. 19 bis 21 rein schematische Darstellungen weiterer Ausgestaltungen der Erfindung zur Anzeige und/oder Vorwahl der Betriebsbedingungen in Blockdiagrammen. Kühlkammern werden ausschließlich auf Rotations- (auch MINOT- oder Serienschnitt-) -Mikrotome bzw. Ultramikrotome montiert. Diesen in Fig. 1 und 2 schematisch dargestellten Schneidegeräten ist nach dem Stand der Technik gemeinsam, daß der am Gerätesockel (1) über den Kreuzsupport (2) (Zustell-Trieb (3), Seitenverschiebungs-Trieb (4)) beispielsweise mittels eines Exzenters über den Klemmhebel (5) befestigte Messerträger (6) bis auf die Supportbewegungen (Doppelpfeile) im Gegensatz zu den Schlittenmikrotomen ortsfest angeordnet ist. Das Messer (z. B, ein Glasmesser (7)) ist mit der Klemmschraube (8) im Schwenkteil (9) befestigt, der das euzentrische Einstellen des optimalen Messerwinkels gestattet und seinerseits mit der Klemmschraube (10) am Messerträger (6) fixiert wird. Im Gegensatz zum ortsfesten Messer (7) wird das Objekt (11) entweder bei Ultramikrotomen oder Semidünnschnittgeräten zum Herstellen von Schnitten im Dickenbereich < 1 μιη (vgl. hierzu H. SITTE, Ultramikrotomie, mta-joumal extra Nr. 10, Umschau-Verlag, 1985) nach Fig. 2 um ein Lager (12) auf einer Kreisbahn auf- und ab-bewegt oder bei Rotationsmikrotomen für die lichtmikroskopische Arbeit in einer nicht dargestellten Weise auf einer vertikalen geradlinigen Bahn auf- und äb-geführt. Das Objekt (11) ist zur Schnittpräparation in einem um seine Längsachse drehbaren Halter (13) eingespannt, der seinerseits am Schwenkteil (14) mit der Klemmschraube (15) fixiert und nach Fig. 2 in Richtung des Doppelpfeiles auf dem Segmentbogen (16) auf einer euzentrischen Kreisbahn geschwenkt und mit der Klemmschraube (17) seinerseits an diesem befestigt werden kann. Der Segmentbogen (16) ist wiederum mit seiner Halterung (18) mittels der Klemmschraube (19) am Präparatträgerarm (20) befestigt, der mittels des -6-

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Handrades (21) beispielsweise über eine in Fig. 2 nicht dargestellte, unter der Abdeckhaube (22) des Mikrotoms angeordnete Exzentersteuerung auf- und äb-bewegt wird. Fig. 2 zeigt den Präparatträgerarm mit seiner Achse (PP) in jener waagerechten Stellung, bei der vom Objekt (11) durch die Schneide des Messers (7) eben ein Schnitt (23) abgenommen wird. Die Verlängerung (MM) der Messerschneide nach Fig. 1 schneidet sich in dieser Position mit der Achse (PP) des Präparatträgerarms (20). Zum Aufsetzen einer Kühlkammer (24) wird sowohl die für die normale Schnittpräparation bei Raumtemperatur vorgesehene Messerhalterung (6) bis (10) nach Lösen des Klemmhebels (5) vom Messersupport (2) wie die Objekthalterung (12) bis (18) nach Lösen der Klemmschraube (19) vom Präparatträgerarm (20) abgenommen und statt dieser Elemente nach Fig. 3 am Kreuzsupport (2) eine Kühlkammer (24) mit einem andersartigen Messerträger (25) für das Messer (7) sowie eine andersartige Präparathalterung (26), (27), (28) für das Objekt (11) am Präparaträgerarm (20) befestigt. Die Erfahrung zeigte, daß die für den relativ kleinen Messerträger (6) vorgesehene Klemmvorrichtung (5) eine große und schwere Kühlkammer (24) nur unzureichend haltert, dies umso mehr, als zum Abpräparieren der Schnitte eine Handauflage auf der Außenwandung dieser Kammer (24) fast nicht zu vermeiden ist. Den hierbei auftretenden Hebelkräften kann das für den Normalbetrieb vorgesehene Klemmsystem (5) nicht widerstehen. Man hat daher rigidere Montageelemente zur Montage einer Kühlkammer (24) am Kreuzsupport (2) eines Mikrotoms, insbesondere eines Ultramikrotoms, entwickelt, beispielsweise das dem heutigen Stand der Technik entsprechende in Fig. 3 schematisch dargestellte System, das aus einem Schwalbenschwanz-Aufnahmeelement (29), (29*) mit Fußplatte (30) und gesonderter Klemmschraube (31) besteht und mit Schrauben (32) starr mit dem Kreuzsupport (2) verbunden wird. Zum Zweck der Montage befindet sich an der Unterseite der metallischen Kammerwandung (24) eine elastische Zwischenlage (33) (z. B. weicher Gummi) und daran die mit den Aufnahmeelementen (29), (29'), (30), (31), (32) korrespondierende Einsatzschwalbe (34), wobei die Verbindungen zwischen den Elementen (24), (33) und (33), (34) Dauerverbindungen durch Klebung oder durch Vulkanisierung darstellen, soweit die Lage (33) aus Gummi besteht. Gegenüber dieser weichen Verbindung zwischen der Schwalbe (34) und der Kühlkammer (24) besteht zwischen der Schwalbe (34) und dem Messerträger (25) eine rigide metallische Verbindung ohne elastische Zwischenglieder, wie sie im folgenden anhand der Fig. 4 bis 6 beschrieben wird. Das Ziel dieser dem heutigen Stand der Technik entsprechenden Montage war, daß Manipulationskräfte, wie sie beispielsweise durch die Auflage einer Hand auf die Kammerwandung (24) entstehen, nur im abgeschwächten Ausmaß auf den Kreuzsupport (2) übertragen werden.

Die Fig. 4 bis 6 zeigen in rein schematischen Darstellungen den Aufbau einer Kühlkammer nach dem Stand der Technik als Ausgangspunkt der Erfindung im Detail. Derartige Kühlkammern sind, soweit sie für Schnittpräparationen im Gesamtbereich der Temperaturen zwischen -190 °C als dem durch den Siedepunkt des üblicherweise als Kryogen verwendeten LN2 (35) gegebenen Minimalwert und einem möglichst nahe der

Raumtemperatur gelegenen Maximalwert verwendet werden sollen, in der Regel von einer gut wärmeleitenden metallischen Kammerwandung (24) (z. B. Aluminiumguß), deren Temperatur mittels eines Thermofühlers (36) und mehrerer über eine Elektronikeinheit (nicht dargestellt) angeschlossener Heizelemete (37) in bekannter Weise thermostatisch auf Raumtemperatur (z. B. 20 ± 5 °C) konstant gehalten wird, umgeben. In dieser Kammerwandung (24) befindet sich ein nach oben offener Blechtank (38) zur Aufnahme von LN2 (35), der gegen die beheizte Kammerwand (24) durch eine Schaumstoffisolation (39) thermisch isoliert ist Im Blechtank (38) befindet sich eine weitere nach oben offene Blechschachtel (40), deren Wände den Schneideraum (41) begrenzen. Im Hinblick auf den begrenzt verfügbaren Platz im Objekt-Messer-Bereich eines Mikrotoms, insbesondere Ultramikrotoms, ist die Tiefe und Höhe der Schachtel (40) so bemessen, daß zwischen der Vorder-und Hinterwand der Schachtel (40) und den korrespondierenden Wänden des Tanks (38) sowie zwischen dem Boden der Schachtel (40) und dem Boden des Tanks (38) nur schmale Zwischenräume verbleiben. Stellt man an die Kühlung keine allzu hohen Anforderungen bzw. toleriert man die für die meisten Arbeiten hinreichenden Minimaltemperaturen > -170 °C in der Höhe der Messerschneide, so können die Spalträume zwischen den Vorder-und Hinterwänden sowie zwischen den Böden der Schachtel (40) und des Tanks (38) entfallen. Die rechts und links des Schneideraums (41) verbleibenden L^-Behälter (42) und (43) ("Twintank") werden in diesem nicht dargestellten Fall durch eine Röhre verbunden, so daß der LN2 in den beiden Behältern kommuniziert. Leitet man bei der in Fig. 4 bis 6 dargestellten Kühlkammer durch das Füllrohr (44) LN2 in den L^-Behälter (42) ein, so fließt LN2 durch den Spalt zwischen den Böden der Schachtel (40) und des Tanks (38) aus dem linken LN2-Behälter (42) in den rechten L^-Behälter (43). Sowie ein minimaler U^-Füllstand erreicht ist, sperrt das Separatorrohr (45) des "Phasenseparators” (44) bis (47) sowohl den Eintritt von GNj aus dem Füllrohr (44) in den Behälter (42) sowie in weiterer Folge in den Schneideraum (41), sowie umgekehrt den Austritt von GN2 aus dem Behälter (42) in den G^-Ausführungsstutzen (47) des Separators. Sämtlicher in die L^-Behälter (42) und (43) aus dem LN2 (35) absiedenden GN2 wird vielmehr nach Fig. 4 (Pfeile) durch die Umlenkelemente (48), (48') auf den Boden der Schachtel (40) (Schneideraum (41)) gelenkt und spült diese mit einem aufwärts gerichteten Strom kalten trockenen Gases. Diese G^-Spülung erhält den Schneideraum (41) trotz der offenen Kammerbauweise ("open top System") stets ffostfrei. Der mit etwa -190 °C auf den -7-

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Kammerboden austretende G^-Strom erwärmt sich bei der Aufwärtsbewegung durch den Schneideraum (41) kontinuierlich und erreicht an der oberen Öffnung je nach LNj-Füllstand und Kammerbauweise eine Temperatur zwischen etwa -130° und -170 °C. Infolge der geringen G^-Temperatur bildet sich nach Fig. 4 an der Kammeröffnung eine Grenzschichte (49) zwischen kaltem GN2 und Raumluft aus, die einer Phasengrenze ähnelt: Beim Durchtritt durch diese relativ stabile Grenzschichte (49) beobachtet man einen Temperatursprung um etwa 150° bis 190 ®C. Das laufend mit einer Stromstärke von etwa 11/sec ausströmende GN2 fließt über die thermostatisch beheizte Kammerwandung (24) ab und erwärmt sich hierbei wieder auf eine Temperatur, welche die Mikrotom-, insbesondere Ultramikrotom-Mechanik nicht mehr störend beeinflußt Die Nachfüllung wird über eine Elektronik (nicht dargestellt) in technisch bekannter Weise über Füllstandssensoren gesteuert, die im ruhigeren, d. h. nicht durch vom Phasenseparator (44) bis (47) ausgehende Turbulenzen und Schwankungen des LN2-Füllstandes direkt betroffenen U^-Behälter (43) angeordnet sind. Als derartige Füllstandssensoren werden nach Fig. 4 thermosensible Dioden (50) bis (54) oder Widerstandsthermometer (55) verwendet. So kann beispielsweise die Diode (51) die UN^-Nachfüllung starten, die Diode (54) diese wiederum stoppen. Die Signale der Dioden (50) bis (54) ermöglichen zudem eine optische Füllstandsanzeige (z. B. durch LEDs) am Steuergerät. Kühlkammern nach Fig. 4 bis 6 werden in der bereits anhand von Fig. 3 beschriebenen Weise in der Regel über ein Montageelement (34) mittels einer Klemmschraube (31) am Messersupport eines Mikrotoms, insbesondere Ultramikrotoms, befestigt. Bei der Zustell- bzw. Seiten-Bewegung des Supports (2) folgt demnach die gesamte Kammer dieser Bewegung. Die Basisplatte (56) für den Messerträger (25) mit dem Messer (7) ist über dünnwandige Röhren (57) aus einer schlecht wärmeleitenden Legierung (z. B. Spezialstahl mit 35,5 % Ni neben 0,5 % C) mit dem Montageelement (34) starr verbunden, wogegen zwischen die Kammerwand (24) und das Montageelement (34) in der Regel die bereits erwähnte elastische Zwischenlage (33) eingeschoben ist, welche die Auswirkung von Manipulationskräften mindert. Die Röhren (57) sind durch die Böden der Schachtel (40) und des Tanks (38) mittels L^-dicht eingeschweißter Tuben (58) durchgeführt, welche etwa 15 mm über den Boden der Schachtel (40) bzw. des Schneideraumes (41) hinausragen, so daß dieser zur rascheren Abkühlung der Basisplatte (56) der Messerhalterung sowie der Objekthalterung etwa 10 mm hoch mit LN2 bedeckt werden kann. Dies geschieht beispielsweise durch Umschalten der Stoppfunktion auf die Meßdiode (59) (vgl. Fig. 4). Die lösbare kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Messerträger (25) und der Basisplatte (56) erfolgt beispielsweise mittels zweier Klemmhebel (60), (60') durch die Klemmschrauben (61), (61').

Das in einem drehbaren Objekthalter (27) befestigte Objekt (11) wird heute praktisch ausschließlich nach CHRISTENSEN (1. c.) auf einer "Brücke" (26) mittels einer Klemmschraube (28) befestigt. Die Brücke (26) ist ihrerseits nach Fig. 5 mittels einer Schraube (62) am Präparatträgerarm (20) des Mikrotoms, insbesondere Ultramikrotoms, montiert. Das Objekt (11) führt daher bei der Schnittpräparation die Auf-Ab-Bewegung des Präparatträgerarms (20) mit aus. Neben den mechanischen Element verfügt jede Kühlkammer der beschriebenen Art über Heizelemente (z. B. Heizpatronen) zum Aufheizen der Messerhalterung (25), (56), der Objekthalterung (26), (27) sowie des Gl^-Spülgases. So befinden sich beispielsweise in den Trägerelementen (56) und (26) die Heizpatronen (63) und (64) zum Erhöhen der Messer- und Objekttemperaturen über jene Werte, die sich aus der Wärmeaufnahme (z. B. über die Röhren (57) oder die Brücke (26)) und die Wärmeabgabe an das GN2-

Spülgas im Fließgleichgewicht "steady state") ergeben. Zusätzlich setzt man die Temperaturfühler (65) und (66) zur Messung der sich hierbei ergebenden Temperaturen bzw. zur Regelung dieser Temperaturen auf vorgewählte Werte mittels einer nichtdargestellten Elektronikeinheit ein. Zum Erhöhen der für die Schneidetemperatur vor allem entscheidenden Temperatur des G^-Stromes wird nach dem Stand der Technik bei Kühlkammern der beschriebenen Art eine "Gasheizplatte" (67) eingesetzt, die über das Montageelement (68) am Boden der Schachtel (40) befestigt ist und mit einer Heizpatrone (69) aufgeheizt werden kann. Der Effekt dieser Gasheizplatte (67) wird mit einem Temperaturfühler (70) überprüft, der die Temperatur des G^-Spülgases in Höhe der Schneide des Messers (7) mißt und nach Fig. 4 bzw. 6 unmittelbar neben dem Messer im Schneideraum (41) angeordnet ist (Montageelemente nicht dargestellt).

Wie bereits erwähnt, weist das anhand der Fig. 4 bis 6 beschriebene System nach dem Stand heutiger Technik eine Reihe schwerwiegender Nachteile auf. Zu diesen Nachteilen zählt vor allem die Unmöglichkeit, die Temperatur des G^-Spülgases im Objekt-Messer-Bereich über -80 °C zu erhöhen und daher Schnittpräparationen in diesem vor allem für lichtmikroskopische Zwecke wichtigen Temperaturbereich durchzuführen. Darüber hinaus ist es nachteilhaft, daß die Anordnung in dem zumeist verwendeten Temperaturbereich um -100 °C etwa doppelt so viel LN2 verbraucht wie im seltener benötigten Niedertemperaturbereich < -160 °C. Diese Differenz im LN2-

Verbrauch ist mit etwa 3,51 L^/h so hoch, daß bei dem heute üblichen U^-Preis von rund 7,-öSA LN2 und dem häufig erforderlichen Dauerbetrieb mit 8 h/Arbeitstag bzw. rund 1.600 h/Arbeitsjahr Mehrkosten von rund 40.000.- öS/Arbeitsjahr eintreten, die bereits mehr als 10 % der Investitionskosten für ein derartiges Kühlkammersystem ausmachen. Schließlich führen die beim Beginn der Nachfüllung durch Siedeprozesse -8-

Nr. 390 512 auftretenden Druckwellen zu Schaukelbewegungen des LN2 im Tanksystem, welche durch sekundäre Siedeprozesse zu einer stoßweisen Freisetzung von GN2 im Twintank sowie in weiterer Folge zu einem Ausfall von Schnitten führen. Schließlich hat sich die Montage der schweren und voluminösen Kammer am Messer-Kreuzsupport als nachteilhaft erwiesen, da die Manipulationskräfte, welche beispielsweise beim Abpräparieren der Schnitte durch das Auflegen der Hand auftreten, die Stellung des Messer-Kreuzsupportes beeinflussen und häufig zu einer neuerlichen Justage der Relativ-Positionen von Objekt-Anschnittfläche und Messerschneide zwingen sowie oftmals Defekte an diesem Kreuzsupport hoher Präzision bewirken.

Alle im vorangehenden Absatz aufgeführten Nachteile können durch das erfmdungsgemäße System nach Fig. 7 bis 18 in zufriedenstellender Weise und mit geringfügigen Mehrkosten beseitigt werden. Nach Fig. 7 bis 10 können die zunächst angeführten Nachteile von Systemen nach dem Stand heutiger Technik mittels zweier symmetrisch angeordneter und durch eine gesonderte Rohrverbindung (71) kommunizierender Einsatztanks (72), (72'), mittels der im G^-Bereich vollständig abgetrennten und im U^-Bereich nur über eine englumige mindestens 80 mm lange Rohrverbindung (73) geringeren Durchmessers ("Separatorrohr": freier innerer Durchmesser z. B. etwa 3 mm) mit dem als Separatorkammer (74) (Trennwand (75)) ausgebildeten Separatortank verbundenen Tanksystems (38'), (40'), (72), (72') sowie mittels einer abgeänderten Montage der Gasheizplatte (67') an den Umlenkblechen (48), (48') weitgehend beseitigt werden. Hierbei ist der linke LN2~Behälter (42') nach Fig. 9 durch die Trennwand (75) etwa im Verhältnis < 1:4 in zwei Abteile geteilt, von denen das kleinere Abteil als Separatortank (74) dient, die mit dem sonstigen Tanksystem (38'), (40'), (72), (71), (72’) nur über das verhältnismäßig lange und englumige, waagrecht angeordnete Separatorrohr (73) verbunden ist, das unter den üblichen Betriebsbedingungen andauernd unter dem U^-Spiegel liegt und daher mit LN2 gefüllt ist. Der an die Separatorkammer (74) anschließende linke L^-Behälter (42') sowie der rechte LN2-Behälter (43') entsprechen abgesehen von den beiden Einsatztanks (72), (72') den L^-Behältem (42) und (43) der Fig. 4. Die L^-Nachfüllung wird wiederum mit Niveausensoren (z. B. thermosensible Dioden (50') bis (54’)) gesteuert, welche beispielsweise nach Fig. 9 in der Separatorkammer (74) hinter einem Spritzschutzschild (76) angeordnet sein können. Die Funktion dieser Anordnung ist dergestalt, daß bei der ersten Füllung der Separatorkammer (74) mit LN2 (35) der LNj-Stand zunächst eine minimale Höhe (Hmjn) erreichen muß, so daß das Separatorrohr (73) zur Gänze von LN2 umspült und daher auf IJ^-Temperatur abgekühlt ist, da LN2 durch eine wärmere Röhre geringen Durchmessers infolge der sofort einsetzenden

Siedeprozesse nicht abfließen kann. Um dieses zu gewährleisten, ist die Separatorröhre (73) daher von einem Rohr (77) größeren Durchmessers (z. B. 10 mm freier Durchmesser) umgeben, dessen freies Ende durch einen dünnwandigen Deckel (78) verschlossen ist, an dem das Separatorrohr (73) befestigt ist und offen endet. Nach Erreichen der L^-Höhe (Hmjn) ist das Rohr (77) zur Gänze mit LN2 gefüllt und das Separatorrohr deshalb durch LN2 gekühlt, so daß nunmehr LN2 durch das Separatorrohr (73) in den Einsatztank (72) und von diesem durch das Verbindungsrohr (71) in den korrespondierenden rechten Einsatztank (72') abfließen kann. Das beschriebene erfindungsgemäße Separatorsystem verhindert Schaukelbewegungen in dem durch die Trennwand (75) vollkommen abgetrennten Tanksystem (42'), (43') dadurch, daß vorübergehende GNj-Druckschwankungen sich durch die Flüssigkeitssäule im relativ englumigen und langen Separatorrohr (73) kaum fortpflanzen können und durch eine geringfügige kurzfristige Beschleunigung der L^-Bewegung in diesem Rohr die Verhältnisse im Tankystem (42'), (43') kaum geändert werden. Die weitere Füllung kann beispielsweise durch die Dioden (50') bis (54') in bekannter Weise gesteuert werden. Diese Steuerung kann beispielsweise bewirken, daß das U^-Niveau in den Einsatztanks (72), (72') stets unterhalb der Höhe (H-j) der Wandungen des Einsatztanks verbleibt. Da hierbei ein Abfluß von LN2 über die oberen Kanten der Einsatztankwände nicht möglich ist, resultiert die in dem Schema der Fig. 7 und 9 dargestellte Situation: Die L^-Füllung beschränkt sich neben dem Separatortank (74) auf die beiden Einsatztanks (72), (72') sowie das sie verbindende Rohr (71) . Der L^-Füllstand im Separatortank (74) liegt dabei stets etwas über dem Füllstand der Einsatztanks (72) , (72'), beispielsweise um den Betrag Δ H nach Fig. 9. Die Nachfüllung könnte in diesem Beispielsfall durch die Diode (51) gestartet und durch die Diode (53’) gestoppt werden, die in der Höhe (Hj) der oberen

Kanten der Seitenwände der Einsatztanks (72), (72') angeordnet ist. Demgegenüber würde bei einem Umschalten der Startfunktion auf die Diode (52) und der Stoppfunktion auf die Diode (52') der L^-Füllstand die Höhe (Hj) überschreiten und damit ein Abfließen von LN2 aus den Einsatztanks (72), (72') in den durch die Wandungen der Blechbehälter (38) und (40) gebildeten Twintank bewirken. Die hieraus resultierende dem Schema in Fig. 8 entsprechende Situation gleicht jener von Fig. 4 bis 6, da nunmehr die Wände der Einsatztanks (72), (72') funktionslos sind. Gleiches gilt für den Zustand, der aus einem Umschalten der Logik auf die Dioden (54) (Start; vgl. Fig. 9) und (59) (Stopp; vgl. Fig. 4) resultiert und der dem Überfüllen des Tankssystems nach Fig. 4 bis 6 entspricht, das man zum raschen Abkühlen der Objekt- und Messerhalterung einsetzt. Diese Möglichkeit entspricht dem Stand der heutigen Technik und ist daher in den Fig. 7 bis 10 nicht neuerlich -9-

Nr. 390 512 dargestellt. Das Ut^-Niveau erreicht hierbei durchgehend eine Höhe > H2, wobei (Hj) der Höhe der seitlichen Begrenzungswände der Blechschachtel (40') entspricht. Dadurch wird so lange ein Abfließen von LN2 in den Schneiderauin (4Γ) bewirkt, bis die Diode (59) benetzt. Umgekehrt kann durch ein Zurückschalten der

Nachfüllsteuerung auf die Dioden (50’) (Start) und (5Γ) (Stopp) bewirkt werden, daß ein geringerer Teil der Wandfläche der Blechschachtel (40') direkt durch LN2 gekühlt wird. Unter dieser Bedingung wird der Kühleffekt sowie der GN2-Spülgasstrom erheblich reduziert, so daß sich ohne aufwendige Zusatzmaßnahmen ein Fließgleichgewicht einstellt, welches eine Schnittpräparation bei höheren Temperaturen ermöglicht

Als zusätzliche Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung der Temperatur des GN2-Spülgases im Schneideraum (41') ist nach Fig. 7, 8 und 10 eine Gasheizplatte (67'), (69') vorgesehen, die im Gegensatz zum Stand der Technik (vgl. Fig. 4 bis 6) nicht über einen Montageteil (68) mit der Wandung der Schachtel (40'), sondern über die Schrauben (79), (79') und die Profile (80), (80') mit den Umlenkblechen (48), (48') thermisch verbunden ist. Jeder direkte thermische Kontakt, der zu einer störenden Erhöhung des U^-Verbrauchs als Folge eines direkten Festkörper-Wärmeflusses führen könnte, wie er gemäß Fig. 5 nach dem Stand der Technik gegeben ist, wird auf diese Weise vermieden. Demgegenüber findet ein optimaler Wärmeaustausch zwischen den Flächen der Teile (48), (48'), (80), (80') sowie (67*) und dem GN2-Spülgas statt, das bei gleicher Stärke bzw. Geschwindigkeit des Gasstromes mit erheblich geringerer Heizleistung auf die gewünschte Temperatur erwärmt wird. Die beschriebenen Eigenschaften können durch zwei Einsätze (118), (118') wirkungsvoll unterstützt werden, die aus einem thermisch isolierendem Material (beispielsweise geschäumten Polystyrol oder Polyurethan) bestehen und beidseitig der Brücke (26) zwischen den Wandungen der Blechschachtel (40) und den Umlenkblechen (48), (48') in einer Weise angeordnet sind, daß die Gesamtmenge des aus dem Tanksystem (38'), (40'), (72), (72') entweichenden G^-Spülgases über die Profile (80), (80') sowie die Gasheizplatte (67') geführt wird (vgl. Fig. 8, sowie 10 bis 12).

Eine Ausgestaltung der Erfindung zum Betrieb von Kühlkammern im Bereich zwischen der Raumtemperatur und etwa -40 °C ist ohne Verzicht auf die Vorteile eines Betriebes im mittleren und tiefsten Temperaturbereich sowie ohne nennenswerte Zusatzkosten bei der Herstellung des Tanksystems nach Fig. 11 bis 13 dadurch möglich, daß die Einsatztanks (72), (72') durch zusätzliche, vorwiegend vertikal ausgerichtete und parallel und symmetrisch zur Symmetrie-Ebene der Kammer angeordnete Trennwände (81), (81') in jeweils zwei Abteile getrennt werden, von denen die beiden äußeren durch das bis zu den Trennwänden (81), (81’) geführte Verbindungsrohr (71’) miteinander verbunden sind. Das Separatorrohr (73) mit seiner Umkleidung (77), (78) ragt in eines der durch die Trennwände (z. B. Trennwand (81)) gebildeten Abteile und füllt zunächst dieses Abteil sowie das über das Verbindungsrohr (7Γ) kommunizierende Abteil der anderen Seite mit LN2, wie dies in Fig. 11 sowie in Fig. 13 dargestellt ist Hierbei kann zur Aufnahme des Rohres (77) beispielsweise die Trennwand (81) in einer Weise abgewinkelt werden, daß das Rohr (77) bei annähernd gleichem Volum der beiden Abteile rechts und links in der unteren Hälfte des linken Außentanks (72), (81) Platz findet Soweit der L^-Füllstand unter der durch die Höhe der Trennwände (81), (81') gegebenen Höhe (Hg) gehalten wird, tritt LN2 abgesehen von der Wand des Separatortanks (74) mit keinem Wandanteil der Blechschachtel (40') in direkten Kontakt Die Kühlung findet daher mit nochmals gegenüber dem System nach Fig. 7 bis 10 erheblich reduziertem Kühleffekt nur über die aus dem Blech bestehenden Boden- und Seitenäbschnitte zwischen den äußeren Abteilen der Einsatztanks (72), (72') und der Wandung der Schachtel (40') statt Diese Kühlung kann in der bereits oben beschriebenen Weise durch die Wahl der Abmessungen der Blechstärke und der für die Einsatztanks (72), (72') verwendeten Legierung den Anforderungen des Betriebes gezielt angepaßt werden. Sowie man den U^-Füllstand auf eine Höhe (H) innerhalb der Grenzen Hj > H > Hq durch ein Umschalten der Steuerung ändert, fließt LN2 aus den äußeren in die inneren Abteile der Einsatztanks (72), (72') über, und es ergibt sich die Situation, die in Fig. 12 wiedergegeben ist. Da hierbei die Trennwände (81), (81') außer Funktion gesetzt werden, entsprechen die Betriebsbedingungen nunmehr der anhand der Fig. 7 bis 10 beschriebenen einfacheren Ausbildung des erfindungsgemäßen Systems. Gleiches gilt für die aus einer weiteren Erhöhung des U^'Spiegels auf Höhen (H) mit den Grenzen H2 > H > Hj sowie Η < H2 gegebenen Betriebsbedingungen.

Durch die Begrenzung der IJ^-Füllung auf die äußeren, durch die Tennwände (81), (81') gebildeten Abteile der Einsatztank (72), (72') nach Fig. 11 sowie Fig. 13 wird nicht nur der Kühleffekt reduziert, sondern in einem hiermit auch der L^-Veibrauch wesentlich abgesenkt. Damit wird in weiterer Folge auch der G^-Spülgasstrom vermindert bzw. die mittlere G^-Geschwindigkeit gedrosselt. Dies kann in Extremsituationen zur Folge haben, daß infolge mangelnder G^-Spülung sowie zu hoher G^-Temperatur die Frostfreiheit des nach oben offenen Schneideraumes (41') nicht mehr gewährleistet ist. Diesem Nachteil kann dadurch auf einfache Weise mittels einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung abgeholfen werden, daß man in die äußeren Abteile der Einsatztanks (72), (72') Heizelemente (82), (82*) (z. B. Heizpatronen) anordnet, welche durch ihre Heizleistung zusätzliches G^-Spülgas freisetzen, welches bei Bedarf mittels der Gasheizanordnung (67), (69') in der bereits -10-

Nr. 390 512 beschriebenen Weise auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt werden kann.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung kann nach Fig. 14 und 15 darin bestehen, daß Einsatztanks (72a), (72a') verwendet werden, die ausschließlich mit der Wandung des Separatortanks (74) sowie mit dem Verbindungsrohr (71a) starr verbunden sind, das diese Einsatztanks verbindet, wobei darüber hinaus keine direkte metallische Verbindung mit den Seitenwänden der Blechschachtel (40) besteht Die Blechschachtel (40') tritt daher abgesehen von der Wandung des Separatortanks (74) lediglich an den Montagestellen (z. B. Schweißnähten) des Rohres (71a) mit LN2 (35) in thermischen Kontakt, solange die Füllhöhe (H) des LN2 unter (Hj) verbleibt. Der LN2-Verbrauch dieser besonders einfachen und daher preisgünstigen Ausführungsform der Erfindung ist daher bei dieser Betriebsart mit Hmjn < H < Hj besonders niedrig, ohne daß dadurch auf Vorteile des Tieftemperaturbetriebs mit den Bedingungen Hj < H < 1¾ sowie Η > H2 bei einem auf die Höhe (H) angehobenen U^-Spiegel verzichtet werden müßte, wie sie an Hand der vorangehenden Fig. 7 bis 13 bereits erläutert wurden. Soweit bei dieser Ausführungsform eine weitere Absenkung des Ii^-Verbrauchs für den Betrieb bei besonders hohen Temperaturen im Bereich zwischen etwa -20 °C und Raumtemperatur gefordert wird, können die Einsatztanks (72a), (72a1) an ihren Außenseiten mit einer Thermo-Isolation (72b), (72b') versehen werden, die aus einem geschäumten Kunststoff (z. B. geschäumtes Polystyrol oder Polurethan) bestehen kann.

Beim Übergang vom Betrieb im mittleren Temperaturbereich mit den Einsatztanks (72), (72') nach Fig. 7 sowie 9 und 10 bzw. mit den durch Trennwände (81), (81') geteilten Einsatztanks nach Fig. 11 bis 13 oder mit den von der Blechschachtel (40') getrennten Einsatztanks (72a), (72a') nach Fig. 14 und 15 resultiert beim Betrieb der Kammer im Tieftemperaturbereich (vgl. Fig. 8) stets ein erheblicher Anstieg der Kühlleistung und damit auch des LN2-Verbrauchs der Kammer. Unter bestimmten konstruktiven Voraussetzungen kann es dabei Vorkommen, daß der L^-Durchsatz durch das dünne und lange Separatorrohr (73) nicht mehr dem Ölverbrauch des voll gefüllten Twintanksystems (38'), (40') entspricht. Nach Fig. 16 kann im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung durch ein zweites abgewinkeltes Separatorrohr (83) ohne wesentlichen Zusatzaufwand dieses Problem beseitigt werden, ohne daß die Herstellung der Kammer dadurch nennenswert kompliziert oder verteuert würde. Das zweite Separatorrohr (83) ist analog zum Separatorrohr (73) in der großlumigen Röhre (77') angeordnet und am dünnwandigen Deckel (78') befestigt. Es verläuft innerhalb des Rohres (77') parallel zum Separatorrohr (73’), ist jedoch im Separatortank (74) nach oben abgewinkelt und endet offen in einer Höhe (Ηχ) innerhalb der Grenzen Hj < Ηχ < H2. Dies bedeutet, daß durch dieses abgewinkelte Separatorrohr (83) erst dann LN2 aus dem Separatortank (74) über den Einsatztank (72) in das sonstige Tanksystem (38'), (40’) abfließen kann, wenn der U^-Füllstand die Höhe (Ηχ) überschreitet. Entsprechend dem höheren IJ^-Verbrauch im Tieftemperaturbetrieb vergrößert sich daher auch der LN2-Abfluß aus dem Separatortank (74) in das Tanksystem, ohne daß die für den Betrieb der Kammer im mittleren und hohen Temperaturbereich im Hinblick auf einen möglichst kontinuierlichen und langsamen U^-Abfluß wünschenswerte Dimensionierung des Separatorrohrs (73) geändert werden muß.

Zum Aufheizen des G^-Spülgases durch die Gasheizanordnung (67'), (69') wird auch bei der erfindungsgemäß gegenüber dem Stand der Technik abgeänderten Montage (79), (80), (80'), (79') an den Umlenkblechen (48), (48') nach Fig. 7 unter extremen Betriebsbedingungen, insbesondere bei zusätzlicher, durch die Heizelemente (82), (82') bewirkter Freisetzung von G^-Spülgas durch das Heizelement (79') soviel Wärme freigesetzt, daß die Platte (67') Temperaturen erreicht, welche 0 °C erheblich überschreiten. Da man bei der Kryopräparation oftmals Ablageflächen für gefrorene biomedizinische Objekte (11) benötigt, die Gasheizplatte (67') nach Fig. 10 aber praktisch die gesamte infrage kommende Ablagefläche einnimmt, ergeben sich hieraus für die praktische Arbeit erhebliche Probleme. Diese Probleme lassen sich durch eine Ausgestaltung der Erfindung nach Fig. 17 dadurch auf einfache Weise lösen, daß man an das unter allen angeführten Betriebsbedingungen der erfindungsgemäßen Kühlkammer nach Fig. 7 ff stets mit LN2 (35) gefüllte

Verbindungsrohr (71), (71') oder (71a) ein Profil (84) aus gut wärmeleitendem Metall (z. B. Aluminium) thermisch und mechanisch ankoppelt, an das wiederum eine gut wärmeleitende Platte (85) (z. B. ebenfalls aus Aluminium), beispielsweise mittels der Schraubverbindung (86) befestigt wird, welche in einem Abstand (A) (z. B. etwa 3 mm) über der oberen Fläche der Gasheizplatte (67') liegt und daher mit dieser keinen Festköiperkontakt aufweist. Da die Platte (85) über die Festkörperkontakte (71'), (84) sowie (84), (86), (85) durch LN2 (35) abgekühlt wird, erreicht sie ohne zusätzliche Maßnahme bereits eine für die meisten Zwecke ausreichende Temperatur im Bereich < -100 °C. Tiefere Temperaturen lassen sich hierbei durch eine Erhöhung der Blechstärke (B) oder durch eine Schaumstoffisolation (87) erzielen. LN2-Verluste kann man schließlich durch eine Schaumstoffisolation (88) des Profilelementes (84) einschränken.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung kann nach Fig. 18 darin bestehen, daß lediglich die Messerhalterung (56), (57) über ein dem Messerträger (6) nach Fig. 1 und 2 entsprechendes und in Analogie zum Messerträger (6) beispielsweise mittels des Exzenterklemmhebels (5) an der Deckplatte des Kreuzsupportes (2) befestigtes -11-

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Montageelement (89) mit dem Messersupport (2) starr verbunden wird und daher die über die Triebe (3) und (4) bewirkten Bewegungen ausführt, daß aber demgegenüber die Kammerwandung (24) über ihre seitlichen Rippen (24') auf dem Sockel (1) des Mikrotoms, insbesondere Ultramikrotoms, ruht, wobei die Relativposition der Kammerwandung (24), (24') zum Gerätesockel (1) durch eine kraftschlüssige starre Verbindung der beiden Elemente (1) und (24), (24'), beispielsweise die Bolzen (90) und eine in Fig. 18 nicht dargestellte Klemmung oder Verschraubung vorgesehen und aufrecht erhalten wird. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß das Montageelement (89) durch eine Halterung, beispielsweise die mit Schrauben (91), (9Γ) an der Kammerwand (24), (24') befestigten Winkelstücke (92), (92') auch beim Abnehmen der Kühlkammer vom Mikrotom, insbesondere Ultramikrotom, in einer dauernden kraftschlüssigen Verbindung mit der Kühlkammer verbleibt, so daß komplizierte Montage und Demontagearbeiten beim Aufsetzen der Kammer (24), (24') auf das Mikrotom wie bei der Trennung der beiden Geräte voneinander nicht erforderlich sind. Dieser Umstand ermöglicht abgesehen von der erfindungsgemäßen Vereinfachung der Montage und Demontage der Kühlkammer vor allem auch einen Elektroanschluß der für die Einstellung bzw. Regelung der Messertemperatur erforderlichen Heizpatrone (63) sowie des Temperaturfühlers (65) (vgl. hierzu Fig. 4 und 5) innerhalb der Kühlkammer. Darüber hinaus wird durch die mit dem Montageelement (89) verbundenen Zwischenlagen (93) und (94) ein GNj-Abfluß durch den nunmehr vergrößerten Durchtrittsschacht (58’) zwischen den Wänden der beiden Blechtanks (38') und (40') verhindert. Hierbei ist die obere plane Fläche des Montageelementes (89) beispielsweise mit einer hochelastischen Schaumstofflage (93) (z. B. aus weichem Moosgummi oder Moltopren-Schaumstoff) innig verbunden, welche ihrerseits in gleicher Weise mit der Metallplatte (94) verbunden ist. Die miteinander korrespondierenden Flächen an der Oberseite der Platte (94) sowie an der Unterseite der Kammerwandung (plan gefräste Fläche (97)) sind so bearbeitet, daß sie durch ihre präzise Planparallelität wie durch ihre geringen Rauhtiefen eine hinreichende G^-Abdichtung des Schneideraumes (4Γ) nach unten bewirken und praktisch friktionsfrei aufeinander gleiten. Die Platte (94) ninmt infolge des innigen Kontaktes mit der Fläche (97) der Kammerwand (24), (24') hierbei eine Temperatur an, welche der Temperatur der thermostatisch beheizten Kammerwandung (24), (24') nahe kommt. Zum Erreichen eines andauernd kraftschlüssigen Kontaktes der korrespondierenden planen Flächen (97), und (94) (Oberseite) ist der durch die Winkelstücke (92), (92') vorgegebene Abstand (D2) so bemessen, daß entweder die elastische Zwischenlage (93) auch nach der Abnahme der Kühlkammer (24), (24’) vom Schneidegerät noch komprimiert bleibt, oder daß durch Federelemente (z. B. um die Hülsen (57) angeordnete Schraubenfedem (93')) der kraftschlüssige Kontakt der Fläche (97) mit der oberen planen Räche der Platte (94) aufrecht erhalten wird. Im Hinblick auf eine minimale Friktion der Rächen (94), (97) kann beispielsweise vorgesehen werden, daß sich die Zwischenlage (93) beim Aufsetzen der Kammer zusätzlich um etwa 1 mm komprimiert, so daß sich die Dicke der zwischen den Winkelstücken (92), (92') gehalterten Lage (89'), (93), (94) von (Dj) auf (Dj) verringert - Dj ~ 1 nun). Abgesehen vom Wärmewiderstand der Schaumstofflage (93) wird ein größerer Wärmetransfer durch die Schaumstoffisolation (96) zwischen der Kammerwand (24) und der Tankisolation (39) sowie durch die locker auf dem Kanal (58') aufliegende Schaumstoffisolation (98) verhindert, wobei die Isolationsplatten (96), (98) durch die Röhren (57) in der Art einer Kulissenführung bei der Bewegung des Kreuzsupportes (2) mitgeführt werden. Die Mitnahme der Metallplatte (94) beim Bewegen des Kreuzsupportes (2) wird in ähnlicher Weise, beispielsweise durch die beiden Bolzen (95), (95') bewirkt. Das Aufsetzen des Einsatzprofils des Montageelementes (89) in das Aufnahmeprofil an der Deckplatte des Messersupportes (2) kann durch entbrechende Markierungen an den Teilen (89) und (92), (92') im Verein mit Abschrägungen an den unteren Längskanten des Einsatzteiles (89) (Pfeile !) wesentlich vereinfacht werden. Hierbei kann die anhand der Markierungen vorwählbare Stellung des Montageteiles (89) relativ zur Kammerwand (24), (24') bzw. zu den Halterungen (92), (92') so gewählt werden, daß sie mit der Position des Aufnahmeprofils in der Deckplatte des Kreuzsupportes (2) dann korrespondiert, wenn dieser sich in "Nullposition" befindet, also in keine Richtung durch die Triebe (3) oder (4) translatiert ist. Diese Position entspricht den Darstellungen in Fig. 1 bis 3 sowie 18.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung können schließlich dazu dienen, dem Benutzer das Ansteuem der jeweils günstigsten Betriebsbedingungen ohne Detailkenntnisse zu erleichtern und/oder ihn jederzeit über die jeweils gegebenen Betriebsbedingungen des Systems zu informieren. Letzteres ist nach Fig. 19 dadurch möglich, daß in einem Funktionsdiagramm jeweils diejenigen Tankbereiche hell aufleuchten oder durch eine LED hervorgeschoben werden, welche mit LN2 gefüllt sind oder nach der Programmvorwahl gefüllt werden sollen. So wären im Zustand (A) der Fig. 19 nur die äußeren Abteile der Einsatztanks (72), (72') und das Verbindungsrohr (71) mit LNj gefüllt, was dem Betriebszustand nach Fig. 11 entspricht. Der Zustand (B) der gleichen Figur zeigt beide Einsatztanks (72), (72') zur Gänze, der Zustand (C) den gesamten Twintank (38'), (40') sowie schließlich der Zustand (D) einen Teil der Schneidekammer des Schneideraumes (41') bis zur Meßdiode (59) mit LN2 gefüllt, wodurch eine direkte Abkühlung des Messerhalterfußes (56) sowie der Objekthalterung (26), (27) mit LN2 erfolgt Nach Fig. 20 ist nach einem bevorzugten Merkmal der Erfindung eine manuelle Vorwahl dieser Betriebsbedingungen unabhängig von der Vorwahl der Temperaturen an den heute allgemein verwendeten -12-

Claims (16)

1. Nr. 390 512 Einstellementen, beispielsweise den Drehknöpfen (99) (Messertemperatur...TK), (101) (Objekttemperatur...Tg) und (103) (GNj-Temperatur in Höhe der Messerschneide...TQ) mit einem Programmknopf (105) (Alternativ: mit einer Reihe von Drucktasten oder Kontaktsensoren (105')) möglich, deren Einstellbereich jeweils einem Betriebszustand des Tanksystems entspricht, der hiermit in einfacher Weise verbindlich vorgewählt wird. Abgesehen von den Temperaturanzeigen für Tjr, Tg und Tq, die beispielsweise digital an den Elementen (100), (102) und (104) erfolgen, können in diesem System Drucktasten (106), (107), (108) zum raschen Abkühlen (RC...rapid cooling), zum raschen Aufheizen (RH...rapid heating) und zum Aufheizen der gesamten Kammer nach dem Abschluß der Kryoarbeit (FH...final heating) vorgesehen werden, deren Logik dem Programmschalter (105) und den Einsteleinstellungen (99), (101), (103) übergeordnet ist, so daß beispielsweise alle anderen Einstellungen auf der für die jeweiligen Arbeiten erforderlichen Vorwahl belassen werden können, wenn die Arbeit begonnen oder unterbrochen wird. Als Alternative zur manuellen Steuerung nach Fig. 20 kann nach eine weiteren Ausgestaltung der Erfindung schließlich nach dem Blockdiagramm der Fig. 21 eine Steuerung über einen Mikroprozessor (109) vorgesehen werden, in der die Signale der Einzelelemente (99'), (101*), (103*) bei der Vorwahl der Temperaturen Tjr, Tg und Tq nach den jeweiligen Signalen der Meßdioden (50*) bis (54') sowie (59) (Signal- und Steuerstrang (110)) und der Sensoren (65), (66), (70) (Signalstrang (111)) automatisch in die Regelung der Heizelemente (63), (46), (69) (Steuerstrang (112)) sowie (82), (82*) (Steuerstrang (113)) in einer Weise umgesetzt werden, daß der an den Elementen (99'), (101'), (103’) vorgewählte Zustand unter Wahrung der Frostfreiheit der Kammer raschestmöglich realisiert wird, wobei die Anzeige (115) unter Berücksichtigung einer akzeptablen Maximalabweichung von den vorgewählten Werten die Betriebsbereitschaft anzeigt, während die Anzeigen (114) und (116) signalisieren, daß die Temperatur noch ansteigt (Signal (116)) oder absinkt (Signal (114)) und der Benutzer daher noch bis zum Erreichen des Gleichgewichtszustandes warten muß. Durch eine weitere Anzeige (117) mit optischem und/oder akustischem Signal (beispielsweise intermittierendes Blinken und/oder Hupen) kann der Benutzer darauf aufmerksam gemacht werden, daß er eine nicht realisierte Wertekombination (z. B. Messertemperatur -180 °C, Objekttemperatur -180 °C, Kammergastemperatur +5 °C) vorgewählt hat. Jede über die Soll- und Ist-Wertanzeigen (99*), (101'), (103') bzw. (100), (102), (104) hinausgehende Anzeige kann bei diesem für die Bedienung einfachsten System entfallen. Die Erfindung ist selbtverständlich nicht auf die in Fig. 7 bis 12 gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Neben vielen konstruktiven Lösungsmöglichkeiten für die Einsatztanks, das Separatorrohr und die Gasheizanordnung im Rahmen der Erfindung können auch die erfindungsgemäßen Hilfen zur Kontrolle und Steuerung der Betriebsbedingungen nach Fig. 19 bis 21 mit unterschiedlichen und der jeweils gewählten Ausführungsform der Kühlanordnung angepaßten Mitteln realisiert werden. Dies gilt insbesondere für die Wahl der Anzeigen und Schaltelemente sowie für die mit diesem Elementen verbundene Elektrik. PATENTANSPRÜCHE 1. Kühlkammer zum Herstellen von dünnen Schnitten für mikroskopische, insbesondere elektronenmikroskopische Untersuchungen, zur Befestigung an einem Mikrotom, insbesondere Ultramikrotom, mit einem zum Schneiden auf- und abbewegbaren und auf einer "Brücke" befestigtem Präparat und einer mit dem Messersupport starr verbundenen Halterung für das Messer, einem durch flüssigen Stickstoff (LN2) gekühlten, von metallischen Wänden seitlich und unten begrenzten, nach oben offenen Schneideraum mit vorzugsweise einem Volumen von rund 11 zur Aufnahme der Objekt- und Messerhalterung, wobei zur Aufnahme des flüssigen Stickstoffs ein Tanksystem mit zwei links und rechts des Schneideraumes liegenden, kommunizierenden LN2- Behältem vorgesehen ist und durch den Schneideraum zumindest ein wesentlicher Teil des laufend aus dem innerhalb des Tanksystems befindlichen LN2 absiedenden und durch Umlenksysteme auf den Boden des Schneideraumes gelenkten gasförmigen Stickstoffs (GN2) von unten nach oben strömt, wo er durch die obere Öffnung entweicht, sowie mit Heizelementen im metallischen Teil der Messer- und Objekthalterung sowie einer metallischen Heizanordnung zum Aufwärmen des GN2 im Schneideraum sowie mit Sensoren zum Messen der Temperaturen der metallischen Messer- und Objekthalterung sowie zum Messen der G^-Temperatur in der Höhe der Schneide des Messers sowie einer durch IJ^-Sensoren gesteuerten L^-Nachfüllung in das thermisch isolierte Tanksystem über ein Separator-System zum Abtrennen und Ableiten des initial bei der L^-Nachfüllung -13- Nr. 390 512 in der Verbindungsleitung zwischen dem LN2-Vorratsgefäß und der Kühlkammer entstandenen GN2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Tanksystem (38', 40', 42', 43') rechts und links des Schneideraumes (41') innerhalb der LN2-Behälter (42', 43’) zwei Einsatztanks (72, 72' bzw. 72a, 72a’) angeordnet sind, welche untereinander durch eine gesonderte bodennahe LN2- Verbindung, vorzugsweise durch ein Verbindungsrohr (71, 71' bzw. 71a) verbunden sind und von denen zumindest einer über ein waagrecht verlaufendes englumiges (Durchmesser < 4 mm) und > 80 mm langes Separatorrohr (73) mit einem in die Kühlkammer integrierten Separatortank (74) mit LNj-Zuleitung (44) und G^-Ableitung (47) verbunden ist, aus dem die Einsatztanks (72, 72’ bzw. 72a, 72a') gespeist werden, wobei die einander zugewandten seitlichen Wandflächen der beiden Einsatztanks (72, 72’ bzw. 72a, 72a’) Teile der metallischen Wandung des Schneideraumes (41') darstellen können und zumindest ein Abschnitt der äußeren seitlichen oder der vorderen bzw. hinteren Wände zumindest eines der beiden Einsatztanks (72, 72' bzw. 72a, 72a') jeweils eine minimale Höhe (Hj) aufweist, welche geringer ist als die minimale Höhe (H2) eines Abschnittes der vertikalen metallischen Wandung des Schneideraumes (410, und wobei der durch metallische Umlenkbleche (48,48') zur Gänze auf den Boden des Schneideraumes (41') gelenkte GN2 aus dem Tanksystem (42', 43', 72,72' bzw. 72a, 72a') bei Bedarf durch eine ausschließlich an diesen Umlenkblechen (48,48') befestigte, vorzugsweise eine Gasheizplatte (67') aufweisende Gasheizanordnung (79, 80,67', 69', 80’, 79’) erwärmt werden kann, die ihrerseits keinen Festkörper-Flächenkontakt mit den Metallteilen der Wandung (40') des Schneideraumes (41’) aufweist.
2. 2. Kühlkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Einsatztanks (72,72') durch vorzugsweise parallel und symmetrisch zur Symmetrie-Ebene der Kammer angeordnete und überwiegend vertikal verlaufende Trennwände (81,81') in je zwei Abteile getrennt werden, von denen die beiden äußeren Abteile miteinander durch eine bodennahe LN2- Verbindung, vorzugsweise durch ein Verbindungsrohr (71'), verbunden sind und über das Separatorrohr (73) zunächst mit LN2 aus dem Separatortank (74) anfüllbar sind, wobei die Trennwände (81,81') zumindest in je einem Abschnitt eine minimale Höhe (Hq) aufweisen, welche geringer ist als die minimale Höhe (Hj) der Umfangswände der Einsatztanks (72,72').
3. 3. Kühlkammer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den beiden äußeren, durch die Trennwände (81, 81') gebildeten Abteilen der Einsatztanks (72, 72') bodennah Heizelemente (82, 82') zur Freisetzung von zusätzlichem G^-Spülgas angeordnet sind (Fig. 11 und 12).
4. 4. Kühlkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Einsatztanks (72a, 72a') lediglich am bodennahen LN2-Verbindungsrohr (71a) und gegebenenfalls an der Wandung (75) des Separatortanks (74) befestigt sind (Fig. 14 und 15).
5. 5. Kühlkammer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Wandung der Einsatztanks (72a, 72a') durch eine Schicht thermisch isolierenden Materials (72b, 72b'), beispielsweise eines geschäumten Kunststoffes, bedeckt ist (Fig. 14 und 15).
6. 6. Kühlkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum durchgehend geradlinig waagrecht angeordneten Separatorrohr (73) ein weiteres abgewinkeltes Separatorrohr (83) größerer Länge und größeren bis gleichen Durchmessers vorgesehen ist, dessen LN2-Finflußöffnung im Separatortank (74) eine Höhe (Hg) größer als die Wandhöhe (Hj) der Einsatztanks (72,72') aufweist und bei demnach einem von der Einflußöffnung abwärts gerichteten Abschnitt ein Abschnitt folgt, der bis zur LN2-Austrittsöffnung waagrecht und parallel zum ersten Separatorrohr (73) in einer Höhenlage < Hmjn verläuft, wobei das U^-Niveau unter normalen Betriebsbedingungen über dem vorbestimmten Wert (Hmjn) liegt (Fig. IQ.
7. 7. Kühlkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Separatortank (74) hinter einer Spritzschutzwand (76) LN2-Sensoren ((50') bis (54') oder (55); vgl. Fig. 4) angeordnet sind, welche den LN2-Zufluß in den Separatortank steuern (Fig. 9 und 16).
8. 8. Kühlkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung des LN2-Füllstandes im sonstigen Tanksystem (38’, 40’, 41', 72, 72' bzw. 72a, 72a') und/oder der LN2-Nachfüllung LN2-Sensoren außerhalb des Separatortanks (38', 40', 75 ,75', 77,78) angeordnet sind. -14- Nr. 390 512
9. 9. Kühlkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an die LN2-Verbindung (71*) zwischen den Einsatztanks über ein gut wärmeleitendes metallisches Zwischenglied (84) eine ebenfalls gut wärmeleitende Metallplatte (85) dergestalt angeschlossen ist, daß sie die Gasheizanordnung (67*, 69') berührungsfrei im gegebenen Abstand (A) nach oben abdeckt (Fig. 17).
10. 10. Kühlkammer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der mit der LNj-Verbindung (71') thermisch über das Zwischenglied (84) verbundenen Metallplatte (85) und der oberen Fläche der Gasheizplatte (67') eine thermische Isolation (87) befindet (Fig. 17).
11. 11. Kühlkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere metallische Kammerwandung (24, 24') starr mit dem Sockel (1, 90) des Mikrotoms, insbesondere Ultramikrotoms, verbunden ist und daß die mit der Kammerwandung (24), (24') verschieblich verbundene Halterung (56, 57, 25) des Messers mittels eines Montageelementes (89) starr mit dem Messersupport (2 bis 5) verbunden ist, wobei der Kammerboden (97) und eine hierauf gleitende, durch eine elastische wärmeisolierende Zwischenlage (93) mit dem Montageelement (89) verbundene, gut wärmeleitende Metallplatte (94) in einem kraftschlüssigen Kontakt (93,93') gehalten werden und aufgrund ihrer Oberflächenbearbeitung, insbesondere ihrer geringen Rauhtiefe und ihrer präzise planen Beschaffenheit eine Gleitbewegung mit minimaler Friktion gewährleisten und einen Austritt größerer Mengen kalten GNj aus dem Schneideraum (41') verhindert, und daß die Metallplatte (94) nach der Abnahme der durch die Kammerwandung (24), (24') gebildeten Kühlkammer vom Schneidegerät (1 bis 22) durch mindestens eine an der Unterseite der Kammerwandung (24), (24') befestigte Halterung (91, 92, 92', 91') in ihrer kraftschlüssigen Verbindung mit der Fläche (97) an der Unterseite der Kammerwandung (24), (24') gehalten wird (Fig. 18).
12. 12. Kühlkammer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetransfer zwischen dem Schneideraum (41') und der mit der Messerhalterung (56, 57, 89, 2) verbundenen Platte (94) dadurch gemindert wird, daß die Öffnungen des aus der Kühlkammer nach unten austretenden Kanales (58') zum Durchtritt der Montagehülsen (57) für den Messerhalterfuß (56) an der Oberseite und/oder an der Unterseite des Kanales (58') durch thermisch isolierende Schaumstoffplatten (96,98) zusätzlich isoliert sind, welche durch die Montagehülsen (57) in der Art einer Kulissenführung beim Bewegen des Kreuzsupportes (2 bis 4) mit verschoben werden (Fig. 18).
13. 13. Kühlkammer nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiebliche Messerhalterung (89, 57, 56) bzw. die Kammerwandung (24, 24', 92, 92') Markierungen trägt, die jene Relativposition zwischen Messerhalterung und Kammerwandung kennzeichnen, bei der sich der Einsatz zur kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Montageelement (89) und der mit ihm korrespondierenden Aufnahme an dem unausgelenkten Kreuzsupport ((2): "Nullstellung" nach Fig. 1 und 2) automatisch zum Eingriff finden (Fig. 18).
14. 14. Kühlkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeigevorrichtung vorgesehen ist, die in einem schematischen Schaubild die jeweils vorgewählte und/oder erreichte LNj-Füllung des Tanksystems der Kammer und die damit gegebenen Betriebsbedingungen anzeigt (Fig. 19).
15. 15. Kühlkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedliche LN2-Füllung des Tanksystems (38', 40', 72, 72' bzw. 72a, 72a') mittels eines Programmwählers (105 bzw. 105') einstellbar ist, an dessen Skala bzw. Beschriftung die unter den einzelnen Betriebsbedingungen erreichbaren Minimaltemperaturen angegeben sind (Fig. 20).
16. 16. Kühlkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein die unterschiedliche LN2*Füllung des Tanksystems steuernder Mikroprozessor (109) vorgesehen ist, an den sowohl die Einstellelemente zur Vorwahl der Messertemperatur TK (99'), der Objekttemperatur T«j (101') und der Kammergastemperatur (103') als auch alle Steuerelemente und Sensoren, beispielsweise die Meßdioden (110), die Temperaturfühler (111) und die Heizelemente (112, 113) angeschlossen sind und der eine optische und/oder akustische Anzeigevorrichtung ansteuert, die entsprechende Anzeigen liefert, wenn die Arbeitsbedingungen zum Schneiden gegeben sind (115), wenn der Gleichgewichtszustand noch nicht erreicht ist (114, 116), oder wenn an den Elementen zur Vorwahl der verschiedenen Temperaturen (99', 101', 103') eine Wertekombination vorgewählt wurde, die von dem System nicht realisiert werden kann ((117); Fig. 21). Hiezu 11 Blatt Zeichnungen -15-