CN107250757A - 样本转移装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于接纳样本的样本转移装置(10)，带有被设计用来接纳样本保持器的转移杆(4)，其中，该样本保持器设置在所述样本转移装置(10)的腔(1)中，旨在把所述样本转移至处理或分析单元(200)，其中，在所述样本转移装置(10)的内部设置了用来测量物理参数的至少一个测量装置(3、8)。

Description

样本转移装置
技术领域
本发明涉及一种样本转移装置，用于接纳样本、特别是待处理的和/或待显微地研究的样本，该样本转移装置带有被设计用来接纳样本保持器的转移杆，其中，该样本保持器设置在样本转移装置的腔中，旨在把样本转移至处理或分析单元。
背景技术
这种样本转移装置特别是应用在电子显微术中。待研究的、例如含有细胞、酶、病毒或脂质层(Lipidschicht)的样本被冷冻固定，也就是说，含有水的样本在避免形成冰晶的情况下很快被冷冻至-150℃以下的温度。在这种情况下，生物结构可以在其原初状态下被获取。例如，生物过程可以在任一时间点通过冷冻固定而停止，并且例如在冷冻-电子显微镜中予以研究，和/或在带有相应的样本冷却器的光学显微镜中予以研究。在实际研究之前，冷冻固定的样本可以采用本已公知的方式经受其它制备步骤，例如采用冷冻断裂、冷冻蚀刻和/或涂层技术予以处理。
为了不损害冷冻样本的质量，意义重大的是，这些样本可以无污染地且必要时经冷却地在所采用的处理设备或分析设备之间转移。这些处理设备或处理单元例如是冷冻固定装置、冷冻断裂装置、冷冻蚀刻装置或涂层装置，而这些分析设备或分析单元例如是冷冻-电子显微镜或者是经冷却的光学显微镜。
为了把样本移交或转移至处理或分析单元，采用所谓的样本转移装置。这种样本转移装置例如是真空冷冻转移系统“Leica EM VCT100”(制造商：莱卡微系统)，其在同名的小册子中有所介绍，该小册子可通过链接“http://www.leica-microsystems.com/fileadmin/downloads/Leica％20EM％20VCT100/Brochures/Leica_EM VCT100_Brochure_EN.pdf”得到。该转移系统具有用来可松开地固定样本保持器的转移杆，其中，样本保持器设置在转移杆的端部上。如果在样本保持器上有很小的被冷冻的电子显微的样本，则样本保持器可以通过与样本保持器连接的转移杆的适当移动而被接纳，其中，通过转移杆的再次(往回)移动，样本被布置在转移系统的腔中，随后用于把样本转移至处理或分析单元。在那里，样本保存在保护气体中或者在高真空中并且—倘若需要—保存在对于后续的冷冻处理或冷冻研究所需要的低温中。转移系统的接头经过设计，从而通过接头可与处理或分析单元建立起高真空连接。另外，腔或样本保持器与可用冷却剂(通常为液态氮)填充的冷却剂储备器(大多为杜瓦容器)处于连接中。通过这种方式，样本保持器以及位于那里的样本得到冷却。
取决于相应的处理或分析单元，有多个不同的样本保持器可供使用，这些样本保持器在所提到的小册子中有所介绍。在样本冷冻固定之后，利用合适的样本保持器把所述样本装入真空转移系统中。随后朝向后置的处理或分析单元进行转移。这种转移在冷却状态下进行，从而样本不会解冻或融化致使无法使用。此外，例如在样本暴露于外界空气时要避免污染。为了能够例如在真空下把样本装入到相应的处理或分析设备中，样本转移装置，比如所介绍的真空冷冻转移系统“Leica EM VCT100”，具有真空滑片或滑阀。例如将一个滑阀设置在样本转移装置的连接点处，并且将另一滑阀设置在处理或分析设备的相应的连接点处。在滑阀分别关闭的情况下，使得样本转移装置与处理或分析单元连接之后，按照闸门的方式将所产生的中间腔室抽真空。然后打开这些滑阀，样本在处理或分析单元的真空情况下移交。为此可以使得转移杆直线地移动，并且通常也围绕其轴线转动。
已表明，在转移期间样本的状态变化会导致样本受损，进而导致分析结果无法使用或者导致错误解释，或者导致后续的处理步骤难以进行或完全无法进行。根据经验，样本转移往往受时间控制。
因此，本发明的目的是进一步降低有损于样本的状态变化的可能性，或者在无较大时间延迟的情况下识别出这种状态变化。
发明内容
为了实现该目的，提出了根据权利要求1的本发明的样本转移装置。有利的设计可由从属权利要求和后续的说明书得到。
本发明的样本转移装置具有腔，在该腔中可以布置样本保持器。在该腔中通常存在保护气体气氛，但也可以存在真空(高真空)。通常在腔中存在冷冻温度。根据本发明，在样本转移装置内部设置了用来测量物理参数的至少一个测量装置。
通过本发明可以实现测量且必要时也可以监视物理参数，特别是那些影响位于腔中的样本的状态的物理参数。
在样本转移装置的腔中的温度和压力尤其可以作为物理参数。但也可以考虑其它参数，比如腔的容积、腔中气氛的微粒数目、位于样本保持器上的样本的位置和方向，该样本保持器又与样本转移装置的转移杆连接。对物理参数—时间—的测量也是重要的参数，例如样本转移至处理或分析单元的时长或者在各处理和/或分析单元之间转移的时长。
“测量装置”在本申请的范畴内首先仅指传感器或探测器，其采用如下方式测量相关的物理参数：产生相应的信号(大多为电压或电流信号)。只有在同样应予涵盖的广义下，测量装置通常指电路或电子设备，其包括所提到的传感器或所提到的探测器，并且产生信号，该信号已经可以准备用于随后的后续处理。
有利的是，在样本转移装置的内部有用来测量在腔中存在的压力的测量装置。压力测量装置本已公知，其包括例如压阻式或压电式压力传感器、电容式或电感式压力传感器等。相应地在真空区域中存在合适的压力传感器，例如热传导真空计或离子真空计。
此外有利的是，存在用来测量在样本转移装置的腔中存在的温度的测量装置。为了接纳样本保持器，给转移杆配备了相应的夹持器。通过转移杆，带有设有其上的样本的样本保持器朝向设置在腔中的样本台转移或者转移离开该样本台。温度测量装置例如可以与所述部件之一，优选样本台，连接，就此而言，该部件热传导地与样本保持器和位于其上的样本连接。在本申请的意义下，“设置在样本转移装置内部”涵盖了把测量装置设置在与样本转移装置的转移杆连接的这种部件上。有利的是，样本台的温度借助于设置在样本台上的温度传感器来检测。由于样本台与带有样本的样本保持器热传导地相互连接，这样就能非常接近地确定样本温度。温度传感器本身是公知的。这里尤其要提及负温度系数热敏电阻和正温度系数热敏电阻，其阻抗与温度有关，因而其可以用于温度测量。另一方面，存在集成的半导体-温度传感器，其根据温度提供成比例的电流、成比例的电压，或者一般地提供与温度相关的信号。此外，其它温度传感器也是已知的。
由于目前已知的样本转移装置没有自己的用于影响样本状态的物理参数的测量系统，所以目前无法实现在样本转移装置的腔封闭之后例如测量样本温度和压力。在样本已经移交至后续的处理或分析设备中之后，样本才可以再次被带到规定的状态下。对例如样本温度和压力的测量在相应的处理或分析设备中才可以进行。转移期间样本状态的历史是未知的。现在采用本发明可以实现通过在样本转移装置的内部的至少一个测量装置，根据决定样本状态的物理参数来确定样本的状态。
对至少一个物理参数的测量在此可以在实际转移之前、在转移期间和/或在实际转移之后进行。这也取决于位于样本转移装置中的测量装置本身是否具有电源。需要指出，并非一定需要自己的电源。通常，从装载站转移到处理单元，在两个处理单元之间进行转移，或者在处理单元与分析单元之间进行转移，或者也在两个分析单元之间进行转移，其中，提到的这些单元分别具有对接站，在对接站上可以连接样本转移装置。原则上可行的是，通过这种对接站来实现给样本转移装置内部的至少一个测量装置供电，相应地也在对接之后才对测量值进行测量并传输到对接站中，从那里起对测量值进行后续处理。
在这种情况下，在相应的对接站处测量所提到的那些物理参数，比如温度和压力。然后在脱离的状态下，也就是在转移期间，中断对至少一个测量装置的电力供应。此外，转移期间缺失的测量值可以有益地予以插值。
采用这种方式，分别利用在与所述那些单元(装载、处理和分析单元)对接时以及在转移期间(通过插值)的测量值，得到了对样本状态历史的足够精确的说明。这允许鉴别出有损于样本的状态变化，这些状态变化特别是可以在与所述那些单元之一对接之后立即被识别出来。这可以在后续分析时避免无法使用的结果或错误解释，但也可以提前识别出对于后续处理不适合的样本状态。
另外有利的是，在样本转移装置内部存在时间测量装置。这种时间测量装置例如可以在样本转移装置离开对接站时被激活，而在重新与对接站对接时去激活，从而转移时间作为测量参数而被测量。该转移时间例如可以通过相应单元的对接站传输和处理。如果该转移时间例如处于允许的极限值以上，则这可以是有损于样本的状态变化的指示。替代地或附加地(用于证实)，可以考虑其它物理参数比如温度和压力的历史，以便鉴别出可能的样本损坏。
代替对测量值的插值，也可以有益的且符合目的的是，连续地或者至少在一定的时段内测量转移期间的相应的物理参数。为此例如在样本转移装置内部特别是设置蓄电池(Akkumulator)，用于给至少一个测量装置供电。其它能量提供方比如干电池(Batterie)或无线的能量传输(电感式、电容式馈电)也是可设想的且可行的。蓄电池的优点在于：它能以简单的方式例如在样本转移装置对接时通过对接站予以充电。在把蓄电池设置在样本转移装置内部时，要注意充分的温度绝缘和/或压力绝缘的包封。为了回避这一点，也可以把蓄电池(或其它能量提供方)设置在样本转移装置的外部，例如设置在其壳体上，并且例如通过相应的耐压和/或耐热的接头与样本转移装置内部的至少一个测量装置连接。
特别有利的是存在电子控制器，该电子控制器与至少一个测量装置处于作用连接中，从而可以通过相关的测量装置来引发测量，和/或可以由电子控制器接收相关测量装置的测量值。采用这种方式，可以通过集成的电子控制器执行必需的测量过程、控制过程和可能的调节过程。电子控制器可以—如蓄电池一样—设置在样本转移装置的内部或外部。就此而言，与蓄电池相同的论断适用于此。
如已述，样本转移装置通常具有通至后续处理或分析设备的相应对接站的接头。有利的是，样本转移装置的相应接头具有接口，通过该接口把至少一个测量装置的测量值传输至所连接的处理或分析单元，或者传输至与该单元处于连接中的对接站。此外有利的是，一旦样本转移装置与相关的处理或分析单元对接，就通过该接口给至少一个测量装置供电。一方面的测量值传输和另一方面的供电特别是可以通过存在的电子控制器进行并且予以控制。最后，也可以通过所提到的接口仅仅给或附加地给电子控制器供电。
如果在样本转移装置中或者在样本转移装置上存在蓄电池，则有利的是，通过接口借助外部电源给该蓄电池充电。
如所述，样本转移装置具有转移杆，在该转移杆的端部上可松开地固定着样本保持器。通过转移杆的直线移动，可以改变样本保持器的位置，进而也可以改变样本的位置。通常，也可以通过转移杆围绕其轴线的转动来改变样本保持器的方向，进而改变样本的方向。样本转移装置也可以具有样本台，用于接纳样本保持器，该样本台位于转移杆的端部。在这方面有利的是，通过另一测量装置来检测样本台的或样本保持器的位置，和/或检测转移杆的相应的移动(x)，和/或检测样本台的或样本保持器的方向，和/或检测转移杆的相应的转动(α)。此外有益的可以是，在腔室中测量或者由所述测量装置的测量值推导出样本的位置和方向。由此可以产生在转移期间的或者至少在转移之前和之后的样本位置的历史。所述测量装置可以是位置和/或运动传感器，其设置在样本转移装置的内部，特别是设置在该样本转移装置的腔内部。替代地有益的可以是，在样本转移装置外部通过转移杆上相应的(已知的)传感器来测量移动(x)和/或转动(α)。
可以有利的是，当至少一个测量装置的测量值超出或低于预定的极限值时，所述电子控制器产生报警信号。如果例如真空腔中的压力超出最高允许的极限值，就产生相应的报警信号，该报警信号可以直接向外(例如通过无线电)传输，或者直接在样本转移装置与对接站对接时传输并予以指示(声学的和/或光学的指示)。相同的情况以类似的方式例如适用于温度的测量值，特别是对于冷冻固定的样本。类似的情况也适用于转移时长的上述测量值，该时长例如应低于预定的极限值。
本发明还涉及一种带有本发明的样本转移装置的系统，该样本转移装置具有用于处理或分析单元的对接站的接口，并且该系统带有这种对接站。在此有利的是，样本转移装置的接口具有触点，特别是具有电触点，进一步特别是具有弹性的电触点，并且对接站具有相应的触点，特别是电触点，特别是同样具有弹性的电触点，其中，这些触点经过布置和设计，从而在样本转移装置和对接站连接时，所述这些触点相互作用连接。于是通过这种方式尤其可以将所述测量值传输至对接站，和/或传输至指配的处理或分析单元。另一方面，样本转移装置的至少一个测量装置和/或电子控制器可以通过相互连接的触点被供电。
本发明的系统的其它设计和优点可以由对本发明的样本转移装置的说明以类似的方式得到。
本发明的其它优点和设计可以由对附图的说明得到。
不言而喻，前述特征和下面要介绍的特征不仅能以分别给出的组合应用，而且能以其它组合应用，或者单独应用，而不偏离本发明的范畴。
本发明借助实施例在附图中被示意性地示出，并且将在下面参照附图予以介绍。
附图说明
图1为本发明的样本转移装置的实施方式的示意性的横截面图；
图2以两幅不同的视图(图2A和2B)示出了图1的样本转移装置的示意性的立体图和合适的对接站；
图3示出了在对接之后的图2的样本转移装置和对接站；和
图4示出了在样本转移装置、对接站、处理设备、控制单元和显示器之间的可能的作用连接。
具体实施方式
图1示意性地示出样本转移装置10的横截面图。在该样本转移装置10的壳体中设置了滑阀2，通过该滑阀可以封闭(真空)腔1。在该腔上用法兰连接着压力测量探测器3作为压力测量装置。该探测器3在激活状态下测量腔1中的压力(p)。在腔1中有样本台5，该样本台可以与用于样本的样本保持器机械地可松开地连接。借助于转移杆4可以使得固定在样本保持器上的样本(未示出)直线地(x)移动，也就是说，在滑阀2打开的情况下移交至处理或分析单元中。为了例如从处理单元转移到分析单元中，通过转移杆4的相应的移动，样本被带到腔1的内部，并且在规定的温度和规定的压力下，从处理单元转移到分析单元中。转移杆4围绕其轴线可旋转(α)。样本台5通过连接部件6与储备容器7连接。在储备容器7中有冷却剂，通常是液态氮。作为第二测量装置，温度传感器8位于样本台5上。该温度传感器在激活状态下测量样本台5的温度，进而测量与其连接的包含样本在内的样本保持器的温度。压力测量装置3的以及温度测量装置8的测量值被传送至电子控制器9。替代地或附加地，通过在样本转移装置的壳体中的相应的真空密封的接头，测量装置的相应的测量导线也可以向外伸展，以便由例如位于样本转移装置壳体上的电子控制器继续处理。
样本转移装置10具有通至对接站100的接头(壳体的端面)(参见图2)。该接头具有接口，该接口带有电触点11a。此外，接头具有开口，样本可以经由开口从腔1移交至相应的处理或分析单元中。
图2示出了样本转移装置10和对接站100，该对接站通常与相关的处理或分析设备固定地连接。在该实施例中，压力测量装置3的和温度测量装置8的测量值的数据转移以及对样本转移装置的电力供应都通过所提到的接口进行，该接口在样本转移装置侧具有弹性的电触点11a。与其匹配的触点11b位于对接站100上。样本转移装置10通过机械的定位件(止挡)12和锁定件13与对接站100真空密封地连接。在这种状态下，弹性触点11a和11b相互匹配地定位。通过由此产生的接口(例如还有RS-232接口)，对样本转移装置中的测量装置进行电力供应，进而进行激活(在当前例子中，样本转移装置没有自己的电源)。来自封闭的真空腔1的温度和压力被作为物理参数被连续地测量，并且通过接口传输至一个或多个其它的设备，如下所述。电子控制器9可以具有时间测量装置，该时间测量装置在脱离时被激活且在重新对接时被停止。通过这种方式可以测量转移时长。附加地，传感地检测其它测量参数，比如样本台5的或转移杆4的位置和方向以及滑阀2的位置。通常，在滑阀2关闭的情况下，相应地在滑阀(未示出)关闭的情况下，在对接站100中进行对接。所产生的中间腔室按照闸门(Schleuse)的方式被抽真空。然后可以打开这些滑阀并且开始样本的移交。
图3示出了处于对接状态下的样本转移装置10，也就是说，机械地且电力地与对接站100(和后续的处理或分析设备)连接。
图4示出了相应的作用连接，通过作用连接可以把在样本转移装置10内部的测量装置的测量数据传送到外部的设备上。这通过已提到的接口来进行，通过该接口可以将测量数据传送至对接站100，并且从那里传送至所连接的处理设备200，和/或通过控制单元300传送至显示器400(指示器)，例如TFT显示屏。如果相应的测量装置的测量数据处于允许的界限之外，则这可以相应地被显示出来，并且被评价为有损于样本的状态变化的指示。于是可以不考虑对样本的后续的处理或分析。
在这里所示的实施例中，尤其是用于压力和样本温度的测量数据在样本移交期间，即在相应的对接状态下被检测。在脱离的状态下，即在转移期间，对样本转移装置的电力供应中断，进而使得电子控制器9或测量装置3和8去激活。在重新与后续的处理或分析单元200(参见图4)对接之后，并且尚在样本移交之前，使得电子控制器9或测量装置3和8激活。当前的测量数据，特别是压力和样本温度，被检测。在转移期间缺失的测量值可以采用简单的方式通过电子控制器予以插值。如果在转移期间连续地检测或者在一定的时段内检测测量值是必需的或有益的，则需要对电子控制器9或测量装置3和8进行电力供应，所述电力供应可以采用简单的方式通过蓄电池来实现，该蓄电池总是可以特别是在对接状态下充电。
图4所示的部件，样本转移装置10、对接站100、处理单元200、控制单元300和显示器400，也可以采用其它方式配置。例如可以把控制单元300集成到处理设备200中。可以采用相同的方式把显示器400集成到控制单元300和/或处理设备200中。关于样本转移装置10还要再次强调，结合图1所述的电子控制器9也可以在外面布置在样本转移装置10的壳体上；相同的情况适用于可能存在的蓄电池和/或可能存在的自身的显示器。在这种情况下，外部的控制单元300和显示器400可以用位于样本转移装置10的壳体上的电子控制器来代替，该电子控制器带有相应地构造的显示器，该显示器同样有益地设置在样本转移装置10的壳体上。在这种实施方式中，可以通过对测量值的相应测量、后处理及显示由样本转移装置自主地持续地监视样本转移装置10中的样本状态，这与是否和对接站100对接无关。
附图标记清单
1 腔
2 滑阀
3 压力测量装置
4 转移杆
5 样本台
6 连接部件
7 储备容器
8 温度测量装置
9 电子控制器
10 样本转移装置
11a 触点
11b 触点
12 机械的定位件、止挡
100 对接站
200 处理单元
300 控制单元
400 显示器、指示器。

Claims (18)

1.一种用于接纳样本的样本转移装置(10)，带有被设计用来接纳样本保持器的转移杆(4)，其中，所述样本保持器设置在所述样本转移装置(10)的腔(1)中，用于把所述样本转移至处理或分析单元(200)，其特征在于，
在所述样本转移装置(10)的内部设置用来测量物理参数的至少一个测量装置(3、8)。
2.如权利要求1所述的样本转移装置，其特征在于，所述至少一个测量装置包括用来测量在所述腔(1)中存在的压力的测量装置(3)。
3.如权利要求1或2所述的样本转移装置，其特征在于，所述至少一个测量装置包括用来测量在所述腔(1)中存在的温度的测量装置(8)。
4.如权利要求3所述的样本转移装置，带有样本台(5)，所述样本台被设计用来接纳所述样本保持器，其特征在于，用来测量温度的所述测量装置(8)设置在所述样本台(5)上。
5.如前述权利要求中任一项所述的样本转移装置，其特征在于，所述至少一个测量装置包括时间测量装置。
6.如前述权利要求中任一项所述的样本转移装置，其特征在于，为了给所述至少一个测量装置(3、8)供电，在所述样本转移装置(10)的内部或外部设置蓄电池。
7.如前述权利要求中任一项所述的样本转移装置，其特征在于，存在电子控制器(9)，所述电子控制器与所述至少一个测量装置(3、8)处于作用连接中，从而可以通过相关的测量装置(3、8)来引发测量，和/或可以由所述电子控制器(9)接收相关测量装置(3、8)的测量值。
8.如权利要求7所述的样本转移装置，其特征在于，所述电子控制器(9)设置在所述样本转移装置(10)的内部。
9.如前述权利要求中任一项所述的样本转移装置，其特征在于，所述样本转移装置(10)具有用于处理或分析单元(200)的对接站(100)的接口。
10.如权利要求9所述的样本转移装置，其特征在于，所述接口经过设计，从而所述至少一个测量装置(3、8)的测量值可以被传输至所述处理或分析单元(200)，和/或传输至所指配的对接站(100)。
11.如权利要求9或10所述的样本转移装置，其特征在于，所述接口经过设计，从而通过所述接口给所述至少一个测量装置(3、8)供电和/或给根据权利要求7所述的所述电子控制器(9)供电。
12.在引用权利要求6的前提下，如权利要求9～11中任一项所述的样本转移装置，其特征在于，所述接口经过设计，从而通过所述接口可以借助外部的电源给所述蓄电池充电。
13.如前述权利要求中任一项所述的样本转移装置，其特征在于，所述样本转移装置(10)具有转移杆(4)，用于改变固定在所述转移杆(4)上的样本保持器的位置和/或方向。
14.如权利要求13所述的样本转移装置，其特征在于，存在另一测量装置，用于检测所述样本保持器的位置和/或方向，和/或检测所述转移杆(4)的相应的运动。
15.在引用权利要求7的前提下，如前述权利要求中任一项所述的样本转移装置，其特征在于，当所述至少一个测量装置(3、8)的测量值超出或低于预定的极限值时，所述电子控制器(9)产生报警信号。
16.一种系统，带有在引用权利要求9的前提下，根据前述权利要求中任一项所述的样本转移装置(10)，并且带有用于处理或分析单元(200)的对接站(100)。
17.如权利要求16所述的系统，其中，所述样本转移装置(10)的接口具有触点(11a)，所述对接站(100)具有相应的触点(11b)，其中，所述触点(11a、11b)经过布置和设计，从而在样本转移装置(10)和对接站(100)连接时，所述触点(11a、11b)相互作用连接。
18.如权利要求17所述的系统，其中，所述作用连接经过设计，从而在所述样本转移装置(10)和所述对接站(100)通过所述样本转移装置(10)的和所述对接站(100)的所述触点(11a、11b)连接之后，所述样本转移装置(10)的至少一个测量装置(3、8)的测量值传输至所述对接站(100)和/或传输至指配的处理或分析单元(200)，和/或，给所述至少一个测量装置(3、8)和/或根据权利要求7的电子控制器(9)供电。
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