DE10013688B4

DE10013688B4 - Verwendung eines Verfahren zur Herstellung einer, aus anorganischem Glas bestehenden Schnittstreckerplatte

Info

Publication number: DE10013688B4
Application number: DE2000113688
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr.-Ing. Beinert; Walter Dr.-Ing. Döll; Gerd Spiess
Original assignee: Leica Microsystems Nussloch GmbH; Leica Microsystems CMS GmbH
Current assignee: Leica Biosystems Nussloch GmbH
Priority date: 2000-03-21
Filing date: 2000-03-21
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2020-03-22
Also published as: DE10013688A1

Abstract

Verwendung eines Verfahrens zum Durchtrennen eines Glasflächensubstrats mittels eines auf das Glasflächensubstrat berührungsfrei gerichteten, thermischen Energieeintrags, der thermische Spannungen längs einer, durch den Energieeintrag vorgegebenen Trennlinie induziert, zur Herstellung einer Schnittstreckerplatte mit einer Dicke von einigen Millimetern und wenigstens einer, zwei Kantenlinien aufweisenden, Seitenkante, die der Trennlinie entspricht.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verwendung eines Verfahrens zur Herstellung einer, aus anorganischem Material, insbesondere Glas, bestehenden Schnittstreckerplatte mit wenigstens einer, zwei Kantenlinien aufweisenden Seitenkante.

Mikrohobel oder auch im Fachjargon als Mikrotome bezeichnet, werden eingesetzt, um beispielsweise biologische Gewebeproben in Form mikrometerdünner Schnittscheibchen zu erhalten, die anschließend zumeist in Durchlichtmikroskopie histologisch untersucht werden. Die Analyse dieser hauchdünnen Präparate wird häufig durch Einrollen der Schnittscheibchen bzw. des abgehobelten Gewebespanes, durch sogenanntes Spanrollen erschwert bzw. sogar unmöglich gemacht. Um ein derarti ges selbständiges Einrollen während des Abschneidens sowie der optischen Untersuchung zu vermeiden, wird dem Mikrotom während des Abtrennvorgangs ein dünnes Glasplättchen, eine sogenannte Schnittstreckerplatte oder Antirollplatte, nachgeführt. Durch die, dem Mikrotom nachgeführte Schnittstreckerplatte wird das abgetrennte Dünnschnittpräparat flächig auf der Schnittstreckerplatte aufgenommen, auf der es aufgrund der Flächenadhäsion flächig liegend verbleibt und sich nicht einrollen kann. Eine histologische Untersuchung wird hierdurch erheblich vereinfacht bzw. erst ermöglicht.

Schnittstreckerplatten sind als ebene Plättchen bekannt, deren Breite sich nach der Breite des zu schneidenden Präparates bzw. der Schnittgeometrie des Mikrotoms richtet. Typische Dimensionen von Schnittstreckerplatten betragen in der Breite 50 bis 70 mm, in der Länge ca. 30 mm und in der Dicke einige Millimeter.

Um den Schneidvorgang ungestört überwachen zu können, werden Schnittstreckerplatten aus transparenten Materialien gefertigt. Sie bestehen entweder aus organischen Gläsern bzw. Kunststoffen oder anorganischen Gläsern. Wegen der höheren Kratzfestigkeit und der geringeren elektrostatischen Aufladung wird insbesondere bei höherwertigen Anwendungen eindeutig anorganischen Gläsern der Vorzug gegeben.

In an sich bekannter Weise sind die Kantenflächen der breiten Seite der Schnittstreckerplatten geschliffen und poliert. Die zum Präparat weisende Kante sollten derart ausgebildet sein, daß ein einwandfreies Gleiten der Schnittstreckerplatte ohne Verhakung auf der Gewebeoberfläche möglich ist. Dieser Forderung können jedoch die bekannten Schnittstreckerplatten nicht uneingeschränkt nachkommen. Häufig kommt es zum Verhaken oder Verkanten der Schnittstreckerplatten, sodass ein "reibungsloses" Nachführen nach einem Mikrotom nicht mehr möglich ist. In diesem Fall wechselt man üblicherweise die Schnittstreckerplatte einfach aus und versucht den Schneidevorgang von neuem mit einer anderen, neuen Schnittstreckerplatte.

Analysiert man in der Praxis eingesetzte Schnittstreckerplatten näher, so stellt man sehr häufig Ausbrüche A an der Kante K fest, die in den stark vergrößerten Aufnah men gemäß der 2 und 3 zu entnehmen sind. Durch genauere Untersuchungen des Schneidvorganges konnte festgestellt werden, dass die an der Kante der Schnittstreckerplatte vorhandenen Ausbrüche ursächlich für das Festhaken des Präparates an der Schnittstreckerplatte während des Abtragevorganges verantwortlich sind. Ein nachfolgendes Aufrollen und die Unbrauchbarkeit des Präparates sind die unvermeidbaren Folgen.

Selbst auch an einer bei makroskopischer Inspektion noch gut erscheinenden Kante können bereits zahlreiche kleine Ausbrüche vorliegen, wie es aus 3 hervorgeht, die eine Kantenabbildung mit einer 5 mal besseren Auflösung wie in der Darstellung gemäß 2 zeigt. Durch mechanische Belastungen, wie beim Trimmen sowie durch thermische Belastungen, wie sie im Betrieb eines Mikrotoms z.B. mit Kryostat bei sehr niedrigen Temperaturen auftreten, können selbst kleine Ausbrüche leicht zu größeren anwachsen und damit zur Unbrauchbarkeit der Schnittstreckerplatte führen.

Die Ursache für die Mikroausbrüche sind in den bislang üblichen Verfahren zur Herstellung von Schnittstreckerplatten zu sehen, die durch mechanische Vorgänge charakterisiert sind, wie Anritzen eines Glases mit einem Schneidrad, Biegebrechen, Schleifen und Polieren der Kantenbereiche. Die genannten Herstellungsschritte sind ausnahmslos Arbeitsschritte, durch die Schädigungen, in Form kleiner und kleinster Ausbrüche, an der Glaskante entstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schnittstreckerplatten, die zu mikroskopischen Untersuchungen biologischen Materials eingesetzt werden, derart herzustellen, dass die vorstehend beschriebenen Ausbrüche, die ursächlich für die nur unzulängliche Verwendbarkeit von Schnittstreckerplatten in Verbindung mit Mikrotomen zur Aufnahme von Gewebespanen verantwortlich sind, gänzlich vermieden oder zumindest in eine Größenordnung reduziert werden sollen, in der sie keinen negativen Einfluss auf den Nachführ- und Aufnahmevorgang für Gewebespanen besitzen.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Merkmale, die den Erfindungsgedanken weiter auszugestalten vermögen, sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung insbesondere unter Hinweis auf die Ausführungsform in Verbindung mit den Figuren zu entnehmen.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, ein Verfahren zum Durchtrennen eines Glasflächensubstrats mittels eines auf das Glasflächensubstrat berührungsfrei gerichteten, thermischen Energieeintrags, der thermische Spannungen längs einer, durch den Energieeintrag vorgegebenen Trennlinie induziert, gezielt zur Herstellung einer Schnittstreckerplatte mit einer Dicke von einigen Millimetern und wenigstens einer, zwei Kantenlinien aufweisenden, Seitenkante, die der Trennlinie entspricht, zu verwenden.

Grundsätzlich ist ein derartiges vergleichbares Verfahren der DE 197 15 537 A1 zu entnehmen. Wie im einzelnen aus der Beschreibung in Spalte 2, Zeilen 41 bis 53 hervorgeht, gilt es mit diesem Verfahren Glasscheiben mit einer Dicke größer 0,2 mm derart zu durchtrennen, dass längs der Trennkanten keine Mikrorisse, Ausmuschelungen oder Splitter auftreten. Derartige, dünne Glasscheiben dienen insbesondere der Verwendung in der Display-Industrie. Ferner geht aus Spalte 3, Zeilen 57 bis 60 sowie Spalte 7, Zeilen 13 bis 15 hervor, dass die Trennung mit Hilfe eines thermisch unterstützten Energieeintrages, der längs einer Trennlinie in ein Glasflächensubstrat einwirkt, lediglich bei Glassubstraten erfolgreich eingesetzt werden kann, die eine Glassubstratdicke von bis zu 1,1 mm aufweisen.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, ein derartiges Verfahren erfolgreich zur Herstellung von Schnittstreckerplatten einzusetzen, die gleichwohl eine vielfache Dicke verglichen zu den zum Stand der Technik beschriebenen Glasscheiben aufweisen.

Die thermisch induzierten Spannungen werden über Erwärmung und nachfolgende Kühlung einer oder beider Oberflächen des Glasflächensubstrats, aus dem die Schnittstreckerplatte herausgearbeitet wird, erzeugt. Vorteilhafterweise wird hierzu ein Glasflächensubstrat gewählt, das eine für Schnittstreckerplatten übliche Dicke, von typischerweise einigen Millimetern oder kleiner, aufweist. Zur definierten und eng auf den Bereich der Schnittlinie begrenzten Erwärmung werden vorzugsweise Laser eingesetzt, insbesondere CO₂-Laser, deren Laserstrahl entlang der geplanten Trennlinie über das Glasflächensubstrat geführt wird.

Alternativ oder in Kombination zur Laseranwendung können aber auch Heizdrähte oder Warmluftgebläse zur gezielten lokal begrenzten Erwärmung des Glasflächensubstrats eingesetzt werden. Zur Kühlung eignen sich wahlweise Luft, Pressluft oder kalte Gase. In einer bevorzugten Ausführungsform werden zur Kühlung hinter der Zone der starken Erwärmung flüssige Medien eingesetzt, die in thermischen Kontakt mit dem Glasflächensubstrat gebracht werden.

Charakteristisch für den erfindungsgemäßen Einsatz des Trennverfahrens an derart dünnen Glasflächensubstraten zur Herstellung von Schnittstreckerplatten ist das berührungsfreie Vorgehen am Substrat selbst, ohne daß ein mechanische Schädigung der Oberfläche längs der Trennlinie erfolgt. Im Gegensatz zu konventionellen, mechanischen Trennverfahren bedarf das erfindungsgemäße Verfahren keines Führungsrisses einer Oberseite des Glasflächensubstrates längs der gewünschten Seitenkante. Vielmehr setzt die Rißbildung an einer schmalen Seitenkante der Schnittstreckerplatte ein, die für den weiteren Gebrauch der Platte ohne Bedeutung ist. So ist üblicherweise eine Schnittstreckerplatte in der Fläche rechteckförmig ausgebildet und weist zwei sich gegenüberliegende lange und zwei sich gegenüberliegende schmale Seitenkanten auf. Letztere haben für den Einsatz von Schnittstreckerplatten keine wesentliche Bedeutung.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist eine nach dem Verfahren hergestellte Schnittstreckerplatte nicht nur eine einzige hochwertige Kante auf, son dern entsprechend den beiden langen Seitenkanten eine Anordnung mit bis zu vier hochwertigen Kanten. Dadurch wird die Möglichkeit eröffnet, eine Schnittstreckerplatte entsprechend den vier hervorragenden Kanten viermal zu wenden und damit viermal länger als bisher normalerweise üblich einzusetzen. Die Limitierung auf vier Kanten liegt in der Bevorzugung eines rechteckigen bzw. sogar quadratischen Formats bei Schnittstreckerplatten begründet.

Vorteilhafterweise werden die hochwertigen Kanten nachfolgend durch chemische oder thermische Härtung noch widerstandsfähiger gemacht. Dabei werden die Kanten in einer Ausführungsform der Erfindung durch die thermische Härtung etwas verrundet. Diese Form des Verrundens wird an den Kanten vorzugsweise durch Beaufschlagung mit einem Laserstrahl bewirkt, vorzugsweise eines CO₂-Laserstrahls.

Alternativ dazu können die Kanten durch eine Flammenpolitur leicht verrundet werden. Angestrebt ist hierbei im wesentlichen ein Verrunden der extrem empfindlichen Kanten, nicht hingegen eine Bearbeitung und Abrundung der Seitenkante selbst.

Die thermische bzw. die chemische Härtung durch Ionen-Austausch bergen den Vorteil in sich, daß in oberflächennahen Bereichen des Glases Druckspannungen eingebracht werden. Hierdurch wird die Kante noch widerstandsfähiger gegen die üblichen Belastungen, wodurch vorteilhafterweise eine noch längere Haltbarkeit der hochwertigen Kante ermöglicht wird.

Ein Abrunden der scharfen Kanten verringert ferner auch deren Verletzbarkeit gegenüber stoßartigen Beanspruchungen, erhöht die Kratzfestigkeit und vermindert zusätzlich die Gefahr des Festhakens der Dünnschnitte.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
1 Mikrophotographie einer nach einem erfindungsgemäßen Verfahren durch thermisch induzierte Spannungen erzeugte Kante in einer REM-Aufnahme.
2: Mikrophotographie einer nach dem Stand der Technik hergestellten Schnittstrecker-Platte mit einem Kantenausbruch
3 Mikrophotographie einer nach dem Stand der Technik hergestellten Schnittstrecker-Platte, deren Kante bei geringer Vergrößerung noch gut erscheint, aber bei höherer Vergrößerung, siehe Figur bereits Mirkoausbrüche erkennen läßt.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
In 1 ist eine Rasterelektronenmikroskopieaufnahme (REM-Aufnahme) entlang einer Kante K einer Schnittstreckerplatte dargestellt, die mit dem Verfahren hergestellt worden ist. Am unteren Bildrand ist mit weißer Linie die Entfernungseinheit von 40 μm eingetragen. Es ist festzustellen, dass bei einer derart hohen Auflösung keine Ausbrüche entlang der Kante sichtbar sind. Dies macht die Effizienz und unvergleichbare Wirkungsweise des Verfahrens deutlich.
Im Gegensatz dazu sind aus den 2 und 3 eine Vielzahl von Ausbrüchen A entlang eines Kantenverlaufs K zu entnehmen. So geht aus 2 eine Mikrophotographie von einer mit konventionellen Mitteln hergestellten Kante K mit einer Auflösung von 500 um hervor, siehe die in der Figur eingetragenen Pfeillänge. Ein ähnliches Bild ergibt sich aus 3, aus der ebenso eine Kante K mit einer 5 mal besseren Auflösung zu entnehmen ist. Auch hier werden die Ausbrüche A deutlich sichtbar, obwohl es sich um eine Kante K mit guter Qualität handelt, d.h. die Kantenqualität ist durch mechanische Nachbesserungsmassnahmen optimiert worden.
Die Gegenüberstellung der Figuren macht die Effizienz des erfindungsgemäßen Verfahrens deutlich, gemäß dem keine Ausbrüche am Kantenverlauf entstehen, wodurch Schnittstreckerplatten von bisher nicht erreichter Qualität hergestellt werden können.

Claims

Verwendung eines Verfahrens zum Durchtrennen eines Glasflächensubstrats mittels eines auf das Glasflächensubstrat berührungsfrei gerichteten, thermischen Energieeintrags, der thermische Spannungen längs einer, durch den Energieeintrag vorgegebenen Trennlinie induziert, zur Herstellung einer Schnittstreckerplatte mit einer Dicke von einigen Millimetern und wenigstens einer, zwei Kantenlinien aufweisenden, Seitenkante, die der Trennlinie entspricht.
Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem thermischen Energieeintrag das Glasflächensubstrat zumindest an dem Bereich des Energieeintrags gekühlt wird.
Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Energieeintrag mittels Licht einer Heizlampe, Laserstrahl, eines Heizdrahtes und/oder eines Heißluftgebläses durchgeführt wird.
Verwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung mittels Luft und/oder flüssigen Kühlmedien durchgeführt wird, die in Kontakt mit dem Glassubstrat gebracht werden.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die, durch die Abtrennung der Schnittstreckerplatte vom Glasflächensubstrat gewonnenen Kanten an der Seitenkante zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit einer Härtung unterzogen werden.
Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Härtung auf chemischem oder thermischem Wege durchgeführt wird.
Verwendung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verrundung der Kanten auf chemischem oder thermischem Wege durchgeführt wird.
Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kantenverrundung mittels Flammenpolitur durchgeführt wird.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Energieeintrag zur Induzierung thermischer Spannungen, zur Kantenhärtung oder Kantenverrundung unter Verwendung eines CO₂-Lasers durchgeführt wird.