CN106104250A - 低温存储系统 - Google Patents

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Abstract

关于实施冷冻处理等的冷却试样，防止结露与霜状物质的产生，搭载于用于保存、以及在带电粒子线装置中观察的试样支架。在本发明中，具备保存试样的主体部、载置于上述主体部上的盖部，上述主体部通过分隔部件分为第一空间、第二空间，在上述第一空间中收纳冷却上述试样的冷却介质，在上述第二空间中配置加热被收纳于该第一空间中的冷却介质的加热部，上述盖部形成将由该冷却介质的加热而产生的气体向外部排出的排出口。

Description

低温存储系统
技术领域
本发明涉及用于由带电粒子线装置、如电子显微镜进行观察的试样的处理，尤其涉及关于冷却试样不会产生结露和霜进行保存、移动的技术。
背景技术
近年来，在具备细微的组织结构的试样的观察与分析中使用电子显微镜等的带电粒子线装置。一般来说，在这些装置中对配置试样的试样室真空排气，使试样环境为真空状态。
可是，在如生物试样等水分占据其大部分的情况下，在真空状态下由试样中的水分蒸发而引起体积收缩，会产生内部结构变化较大的情况。关于这样的结构，作为用于观察尽可能接近原状态的细微结构的处理之一，有通过急速冷冻而瞬间固定的方法。
在专利文献1(日本特开2013-88328号公报)中，关于通过在急速冷冻后冷冻置换液状与胶状等多种形状的试样，制作由透过型电子显微镜(TEM：transmission electronmicroscope)而得到的观察试样的方法进行说明。
实施冷冻等处理的试样(以下，将这些试样简称为“冷却试样”)在向试样支架搬运后，向带电粒子线装置内导入。
作为高效率地观察向试样支架搬运的冷却试样的技术，在专利文献2(日本特开2010-257617号公报)中关于在试样支架上设置冷却机构以及与外界连通的闸门部件、在一个试样支架内实施从试样冷却加工至观察的一系列作业的技术进行公开展示。另外，在专利文献3(日本特开2014-10965号公报)中关于即使是试样倾斜也能稳定地维持冷却源的姿态的试样支架进行说明。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-88328号公报
专利文献2：日本特开2010-257617号公报
专利文献3：日本特开2014-10965号公报
发明内容
发明所需要解决的课题
在此，当在向试样支架搬运冷却试样时试样与大气接触，则产生结露，试样表面由霜状物质覆盖。这种现象成为妨碍试样原有的形态与状态的观察、分析的原因。因此，冷却试样的暂时性保存、向试样支架的搬运有时会在收纳冷却介质的容器内进行，但由于冷却介质气化，在向试样支架搬运作业时与从外部向容器内进入的空气反应，依然存在产生结露、霜状物质的问题。
本发明想要解决的课题在于提供一种装置以及方法，在向试样支架搬运时，防止在冷却试样中产生结露、霜状物质，既能维持良好的冷冻状态又能进行利用带电粒子线装置进行的观察、分析。
用于解决课题的方法
作为用于解决上述课题的方法，在本发明中是以冷却状态保存试样的低温存储系统，其特征为：具备保存试样的主体部、载置于上述主体部的盖部，上述主体部通过分隔部件分为第一空间、第二空间，在第一空间中收纳冷却上述试样的冷却介质，在上述第二空间中配置加热收纳于该第一空间中的冷却介质的加热部，上述盖部形成向外部排出由该冷却介质的加热而产生的气体的排出口。
发明效果
通过本发明，由于能够防止相对于冷却试样的大气接触，因此能不会产生结露和霜状物质地搭载于试样支架，既能维持良好的状态又能利用带电粒子线装置进行观察、分析。
附图说明
图1是涉及本发明的实施方式的冷却试样的保存、搬运系统的概略构成图。
图2是表示涉及本发明的实施方式(实施例1)的试样保存时的状态的概略图。
图3是涉及本发明的实施方式(实施例1)的盖部的俯视图、以及X-X'剖视图。(第一构成例)
图4是涉及本发明的实施方式(实施例1)的盖部的俯视图、以及X-X'剖视图。(第二构成例)
图5A是涉及本发明的实施方式(实施例1)的盖部的立体图(第一构成例)。
图5B是涉及本发明的实施方式(实施例1)的盖部的立体图(第二构成例)。
图6是表示涉及本发明的实施方式(实施例1)的试样搬运时的状态的概略图。
图7是表示涉及本发明的实施方式(实施例2)的试样搬运时(升降动作)的状态的概略图。
图8是表示涉及本发明的实施方式(实施例2)的试样搬运时(旋转动作)的状态的概略图。
图9是表示涉及本发明的实施方式(实施例2)的试样搬运时(向试样支架的搭载)的状态的概略图。
图10是涉及本发明的实施方式(实施例2)的盖部的俯视图、以及X-X'剖视图(第三构成例)。
图11是表示涉及本发明的实施方式(实施例3)的试样搬运时的状态的概略图。
图12是表示涉及本发明的实施方式(实施例4)的试样搬运时的状态的概略图。
图13是表示从涉及本发明的实施方式的冷却试样的保管向带电粒子线装置的搬运动作的流程图。
图14是涉及本发明的实施方式的试样支架的概略构成图。
具体实施方式
实施例1
图1中表示涉及本发明的实施方式中的冷却试样的保存、搬运系统的概略构成图。以下，关于冷却试样的保存、搬运系统有时称为“低温存储系统”(クライオステーションシステム)。
低温存储系统100由低温储存主体部101、盖部102、温度调整单元105构成。在低温存储主体部101的内部能够进行冷却试样的保存以及向试样支架的搬运。
在低温存储主体部101中设置可插入保持试样的试样支架107的插入口103、与温度调整单元105的电缆106连接的连接部104。温度调整单元105具备分别显示低温存储主体部101的实际内部温度、用户设定的目标冷却温度的显示部。另外，温度调整单元105通过未图示的配线与后述的温度传感器110以及主体部加热部111连接。实际内部温度通过温度传感器110测定，测定结果发送至温度调整单元105并显示。并且，根据来自温度调整单元105的指令，主体部加热部111进行动作，进行收纳于低温存储主体部101内部的冷却介质的温度调整。
在此，用户作为设定温度优选设定比在低温存储主体部101内部收纳冷却介质并稳定的温度(例如，在作为冷却介质使用液氮的情况下大约-170度)稍稍高的温度(例如，-168～-169度)。通过为这样的状态，以仅在实际温度比设定温度高时，主体部加热部111暂时性地为接通状态，在除此以外的情况下能够总是维持断开状态的方式调整。
并且，在本图中关于温度调整单元105与低温存储主体部101通过电缆106连接的例子进行表示，但可以作为一体型构成。
在图2中表示涉及本实施方式的试样保存时的概略图。低温存储主体部101的内壁129与外壁132之间为真空空间131。在此，真空空间131可以通过与外部的真空泵连接而预先进行真空排气，然后不进行真空排气地使用，或可以在使用时根据情况进行真空排气。
为了保持低温存储主体部101内部的真空绝热状态，在试样保存时代替后述的试样支架107，在插入口103中插入真空密封用支架112。
低温存储主体部101如本图所示，通过分隔部件128分为收纳第一冷却介质120、第二冷却介质126的第一空间127、未收纳冷却介质的第二空间130。
在第一空间127中配置保持试样113的试样保存部108。在第一空间127中、试样保存部108内部以外的空间收纳第一冷却介质、如液氮。另外，在试样保存部108内收纳第二冷却介质、如液体乙烷。此时，第二冷却介质优选使用比第一冷却介质沸点高的物质。如此，位于试样保存部108内部的第二冷却介质总是被位于试样保存部108内部以外的空间中的第一冷却介质冷却，因此不会气化、保持液体的状态，能够维持保存时的试样的冷却状态。
可是，未必限定于上述条件，也能够使第一冷却介质与第二冷却介质为相同的物质。
试样保存部108通过试样保存部座109固定。试样113以浸入试样保存部108内的第二冷却介质126中的状态保存。
在试样保存部108中使用热传导高的材质、如银、铜等金属物质，在试样保存部座109中使用比试样保存部108热传导低的材质、如树脂等。这是考虑利用后述的主体部加热部111的热传导的结构。
在此，低温存储主体部101为了加热内部的第一冷却介质120，在由分隔部件128与内壁129形成的第二空间130中具备主体部加热部111。
主体部加热部111通过加热第一冷却介质120而积极地气化，向外部放出蒸气。第一冷却介质120的蒸气由于从设置于盖部102上的排气口121放出，因此阻碍来自外部的空气、水蒸气的进入。由此，防止低温存储主体部101内部中的结露、霜状物质的产生。此时，主体部加热部111的设置位置优选分隔部件128的下面(第二空间130侧)的一端部侧(与试样保存部108相反侧的端部)周围的位置、且相当于排气口121下部的位置。通过这样构成，能够积极地从排气口121放出蒸气。可是，能够在上述以外的位置配置主体部加热部111。
另外，通过在低温存储主体部101的分隔部件128的图中上面(第一空间127侧)具备温度传感器110，能够测量低温存储主体部101的温度，向温度调整单元105发送实际的内部温度的信息，并反馈。
盖部102具备盖部把手122、操作窗124、排气口开闭部125。操作窗124具备操作窗把手123。排气口开闭部125在一部分形成作为排气口的台阶(或孔)，如后述移动提钮133可实现排气口的开闭。
在图3表示在低温存储主体部101上设置了盖部102时的俯视图以及图中X-X'剖视图(第一构成例)。盖部102具备在试样支架107上搭载试样113时的操作用窗124、排气口开闭部125。排气口开闭部125由于如X-X'剖视图所示具备台阶，因此通过将提钮133向俯视图中的箭头任意方向移动，形成在低温存储主体部101的内部所产生的蒸气的排气孔121。操作用窗124为可装卸的结构，以在试样支架107上搭载试样113时使用操作用窗把手123卸下的状态使用。操作用窗124为了即使在安装于低温存储主体部101中的状态下也能够容易地确认内容，优选由透明的树脂等材质构成。
在图4中表示在低温存储主体部101上设置了盖部102时的俯视图以及图中X-X'剖视图(第二构成例)。在本图中，排气口开闭部125代替图3所示的台阶形状，具备孔。因此，通过使提钮133向俯视图中的箭头任意方向移动，形成在低温存储主体部101内部产生的蒸气的排气口121。
在图5A中表示涉及本发明的实施方式的盖部的立体图(第一构成例)。本图是与图3中所说明的盖部102的结构对应的图。如本图所示，在排气口开闭部125上设置台阶134，通过将提钮133向图中箭头的任意方向移动而旋转。通过旋转，在成为形成于盖部102侧的开口部135a与设置台阶134的部分重合的位置关系时，在低温存储主体部101内部产生的蒸气从开口部135a以及设置于盖部102侧面的开口部135b排出。
在图5B中表示涉及本发明的实施方式的盖部的立体图(第二构成例)。本图是与图4中所说明的盖部102的结构对应的图。如本图所示，在排气口开闭部125上设置开口部136，通过将提钮133向图中箭头的任意方向移动而旋转。通过旋转，在成为与形成于盖部102侧的开口部135a重合的位置关系时，在低温存储主体部101内部产生的蒸气通过由开口部135a、136重合而形成的排气口排出。
在以后的说明中，关于使用图5A所表示的盖部102的结构的情况进行记载，但也能应用于图5A、图5B中任意结构。
图6中表示涉及本发明的实施方式的试样搬运时的概略图。与试样保存时相同，在低温存储主体部101内部的第一空间127中，在试样保存部108内部以外的空间中收纳第一冷却介质、如液氮。另外，在试样保存部108内部收纳第二冷却介质、如液体乙烷冷却介质。此时，收纳于试样保存部108内部的第二冷却介质优选使用比位于试样保存部108周围的第一冷却介质沸点高的介质。如上述，通过为这样的结构，位于试样保存部108内部的第二冷却介质由于通过位于试样保存部108内部以外的空间中的第一冷却介质冷却，因此保持不会气化的液体状态。可是，两冷却介质的沸点可以相同，这些也可以使用相同的物质。
卸下操作用窗124，从形成于盖部102的一部分的开口导入镊子114等工具，保持在试样保存部108内保存的冷却试样113，向位于图中箭头方向上的试样支架107搬运。试样113可搭载于试样支架107的未图示的试样台上。在此，试样支架107代替图2中表示的真空密封用支架112，从插入口103插入。此时，以试样113温度不上升的方式，优选预先冷却镊子114等用于作业的工具。在将试样113向试样支架107搬运期间，气化的第一冷却介质120从通过卸下操作用窗124而形成的开口积极地排出。此时，设置于排气口开闭部125上的台阶134以与盖部102的开口部135a不重合的方式配置。通过为这样的结构，低温存储主体部101内部的第一冷却介质120通过主体部加热部111进行温度调整，由于积极地被气化且仅从一处放出，因此，既能防止来自外部的气体的侵入，还能防止在试样以及低温存储主体部101的内部上结霜。
实施例2
在实施例1中，关于通过盖部102的开口使用镊子114等工具进行试样113向试样支架107的搬运作业的情况进行说明。
在本实施例中，关于使用设置于低温存储主体部101上的试样搬运机构115更简便地向试样支架107搬运试样113的结构进行说明。
图7是表示涉及本实施方式的试样搬运时的状态的概略图。在此，低温存储主体部101具备用于更简便地在试样支架107上搭载在试样保存部108中被冷却保存的试样113的试样搬运机构115。
试样搬运机构115贯穿设置于盖部102上的贯穿孔、设置于低温存储主体部101的内部。从盖部102向外部露出的部分作为试样搬运时的操作用把手而发挥作用。此时，盖部102的贯穿孔具有用未图示的O型圈、垫片等使试样搬运机构115的周围隔绝空气，防止来自外部的空气导入的结构。
另外，试样搬运机构115中、贯穿盖部102并被收纳于低温存储主体部101中的部位115b使用热传导高的材质、如铜等金属，作为盖部102的外侧并被暴露于大气中的部位115a优选使用热传导低的材质、如树脂等。
通过位于试样搬运机构115的图中下端的试样保持部137保持试样保存部108内的试样113，通过把手操作向图中上方移动。如本图所示，试样搬运机构115能以保持试样113的状态进行升降动作，如呈轴状的形状，试样保持部137呈平板状的形状。由于支撑试样搬运机构115的操作，也能够设置轴承部件138而防止轴偏差。轴承部件138除了本图所示的方案以外，能够由多种长度、宽度形成。
图8表示向图中箭头方向旋转试样搬运机构115的把手而使在图7中通过升降动作向上方移动的试样113向试样支架107的试样台附近移动的情况。如本图所示，试样搬运机构115的试样保持部137附近具备台阶形状。
此时，形成于盖部102侧的开口部135a与排气口开闭部125的设置台阶134的部分为重合的位置关系。通过如此构成，在低温存储主体部101内部产生的蒸气从通过开口部135a、以及设置于盖部102侧面的开口部135b而形成的排气口121积极地排气，能够防止来自外部的气体等的侵入。因此，能够防止试样与低温存储主体部101内部中的结露与霜状物质的产生。
图9表示使用镊子114等工具向试样台搭载在图8中通过旋转运动移动至试样支架107的试样台附近的试样113的状态。卸下操作用窗124，从形成于盖部102的开口导入镊子114等工具，在试样支架107的试样台上搭载试样113。
此时，形成于盖部102侧的开口部135a、排气口开闭部125的设置台阶134的部分为不重合的关系。如此，上述蒸气仅从盖部102的操作用开口部积极地排出。
图10表示在低温存储主体部101上设置盖部102时的俯视图、以及图中X-X'剖视图(第三构成例)。
盖部102代替在试样支架107上搭载试样113时的操作用窗124、排气口开闭部125，具备未图示的贯穿孔，通过该贯穿孔向低温存储主体部101内导入试样搬运机构115。在此，操作用窗124的配置不限于本图所示的结构。
排气口开闭部125由于如X-X'剖视图所示具备台阶134，因此通过向俯视图中的箭头任意方向移动提钮133，形成在低温存储主体部101内部产生的蒸气的排气口121。操作用窗124为可装卸的结构，以在试样支架107上搭载试样113时使用操作用窗把手123卸下的状态使用。操作用窗124为了即使在安装于低温存储主体部101上的状态下也能够容易地确认内容，优选由透明树脂等的材质构成。
实施例3
在本实施方式中关于更有效地防止在试样支架107中的结露与霜状物质产生的结构进行说明。
图11是表示涉及本实施方式的试样113移动时的情况的图。在低温存储主体部101的插入口103的内侧设置向试样支架107传递热量的试样支架加热部116。根据本结构，在第一冷却介质120气化并向排气口121方向上升时防止试样支架107结露。
实施例4
在本实施方式中，关于强制性地排出已气化的第一冷却介质120的状态进行说明。
图12是表示涉及本实施方式的试样113的移动时的情况的图。在低温存储主体部101中具备用于强制性排出已气化的第一冷却介质120的排气机构117。在排气机构117中使用风扇等。由此，已气化的第一冷却介质120从设置于盖部2上的排气口121强制性地被排出。因此，抑制来自外部的空气与水蒸气的侵入、防止试样113中的结露和霜状物质的产生。
图13是表示从涉及本实施方式的冷却试样的保存向带电粒子线装置搬运动作的流程图。首先，对试样实施冷冻干燥等的处理、制作冷却试样(S1301)、以冷冻的状态保存于低温存储主体部101内的试样保存部108中(S1302)。通过插入口103插入试样支架107，确认搭载试样的试样台部分温度的同时冷却至目标温度(S1303、S1304)。
通过上述方法将冷冻的试样113移动至试样支架107，搭载于试样台(S1305)。
然后，在通过低温存储主体部101的插入口103向外部即大气中取出试样支架107之前，用闸门部件等覆盖试样支架107的试样搭载部分，为试样未暴露于大气中的状态(S1306)。在此，关于使用适合于本实施方式的试样支架107的结构的试样环境隔绝进行说明。图14是涉及本发明的实施方式的试样支架的构成例，表示闸门未使用时以及闸门使用时。试样支架107具备试样支架主体部1071、闸门部件1072、试样台1703、前端护罩1074、前端护罩压板1075。在试样台1073上搭载试样113。
在低温存储主体部101内配置试样支架107，在进行试样搬运作业时为如上图所示不使用闸门部件1072而试样113露出的状态。
另一方面，向试样台搭载试样113之后，在将试样支架107暴露于大气中时，如下图所示将闸门部件1072拉出至前端护罩1074使试样113更多。如此，在将从低温存储系统中取出的试样113搬运至带电粒子线装置的试样载物台期间，由于试样未暴露于大气中，因此能维持真空状态，能够防止结露与霜状物质的产生。
返回图13，其次，从插入口103中取出试样支架107，向电子显微镜等的目的性带电粒子线装置搬运(S1307)。
将试样支架107导入带电粒子线装置之后，进行试样加工·观察(S1308)。
根据上述实施方式，能够防止相对于实施了冷冻处理等的试样的结露与霜状物质的产生，维持良好的冷冻状态的同时可以进行由带电粒子线装置进行的观察、分析。
并且，本发明未限定于上述实施方式，当然包含多种变形例。
符号说明
101—低温存储主体部，102—盖部，103—插入口，104—连接部，105—温度调整单元，106—电缆，107—试样支架，108—试样保存部，109—试样保存部座，110—温度传感器，111—主体部加热部，112—真空密封用支架，113—试样，114—镊子，115a、b—试样搬运机构，116—试样支架加热部，117—排气机构，118—冷却试样的制作，119—低温存储中的冷却保存，120—冷却介质，121—排气口，122—盖部把手，123—操作窗把手，124—操作窗，125—排气口开闭部，126—第二冷却介质，127—第一空间，128—分隔部件，129—内壁，130—第二空间，131—真空空间，132—外壁，133—提钮，134—台阶，135a、b—开口部(盖部侧)，136—开口部(排气口开闭部侧)，137—试样保持部，1071—试样支架主体部，1072—闸门部件，1073—试样台，1074—前端护罩，1075—前端护罩压板。

Claims (11)

1.一种低温存储系统，其以冷却状态保存试样，该低温存储系统的特征在于，
具备：
保存试样的主体部；以及
载置在上述主体部上的盖部，
上述主体部通过分隔部件分为第一空间、第二空间，
在上述第一空间中收纳冷却上述试样的冷却介质，
在上述第二空间中配置加热收纳于该第一空间中的冷却介质的加热部，
上述盖部形成向外部排出由该冷却介质的加热而产生的气体的排气口。
2.根据权利要求1所述的低温存储系统，其特征在于，
上述盖部通过在载置于上述主体部的面的一部分上设置台阶而形成上述排出口。
3.根据权利要求1所述的低温存储系统，其特征在于，
上述加热部配置于上述第二空间，且配置于上述分隔部件的一端侧周围。
4.根据权利要求3所述的低温存储系统，其特征在于，
上述试样配置于上述第一空间，且配置于上述分隔部件的另一端侧周围。
5.根据权利要求3所述的低温存储系统，其特征在于，
上述盖部在相当于设置于该主体部的加热部的上部的位置上形成上述排出口。
6.根据权利要求1所述的低温存储系统，其特征在于，
上述主体部具备能从外部插入用于向带电粒子线装置导入的试样支架的插入口。
7.根据权利要求6所述的低温存储系统，其特征在于，
上述主体部具备向通过该插入口插入的试样支架搬运上述试样的试样搬运机构。
8.根据权利要求7所述的低温存储系统，其特征在于，
上述试样搬运机构是使上述试样旋转以及升降的轴状部件。
9.根据权利要求6所述的低温存储系统，其特征在于，
在上述主体部的内部且上述插入口的周边部具备加热从该插入口插入的试样支架的试样支架加热部。
10.根据权利要求1所述的低温存储系统，其特征在于，
在上述主体部的内部设置排气机构，
上述排气机构以从上述排出口排出由该冷却介质加热而产生的气体的方式进行送风。
11.根据权利要求1所述的低温存储系统，其特征在于，
上述主体部具备收纳上述试样的试样保存部，
上述试样保存部收纳试样保存部用冷却介质，
上述试样保存部用冷却介质的沸点比上述冷却介质高。
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