DE10065143A1 - Specimen holder, for high pressure freezing of water-containing biological specimens, comprises two moldings, one or both of which is made from diamond, and enclosing chamber for specimen - Google Patents
Specimen holder, for high pressure freezing of water-containing biological specimens, comprises two moldings, one or both of which is made from diamond, and enclosing chamber for specimenInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Probenhalter für eine Hochdruckgefriereinrichtung, gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a sample holder for a high-pressure freezer, according to the preamble of claim 1.
Unter einer Hochdruckgefriereinrichtung im Sinne der Erfindung versteht man eine Gefrieranlage für das schnelle Einfrieren (Vitrifizieren) wasserhaltiger Proben unter hohem Druck. Derartige Einrichtungen sind in der DE-PS- 18 06 741, der EP 0853238 A1 und der EP 0637741 A1 beschrieben.A high-pressure freezer in the sense of the invention is understood a freezer for quick freezing (vitrification) of water Samples under high pressure. Such devices are in DE-PS 18 06 741, EP 0853238 A1 and EP 0637741 A1.
Eine solche Hochdruckgefriereinrichtung wird von der Anmelderin unter dem Namen "Leica EM HPF" erfolgreich vertrieben und ist in der Druckschrift "LEICA EM HPF, High Pressure Freezer, 1.K.-LEICA EM HPF-E-6/94, Juni 1994" dargestellt.Such a high-pressure freezer is the applicant under the The name "Leica EM HPF" was successfully distributed and is in the publication "LEICA EM HPF, High Pressure Freezer, 1.K.-LEICA EM HPF-E-6/94, June 1994 " shown.
Die Hochdruckgefriereinrichtung "Leica EM HPF" erlaubt es, herkömmliche Proben unter einem Druck von etwa 2000 bar mit einer Abkühlungsrate von 103- 105 K/s zu vitrifizieren. Die entscheidende Abkühlungsphase von Raumtemperatur auf -100°C dauert bei diesem bekannten Gerät an der Oberfläche der Probe (Abkühlrate 104 K/s) etwa 10 ms. The "Leica EM HPF" high-pressure freezer allows conventional samples to be vitrified under a pressure of approximately 2000 bar with a cooling rate of 10 3 - 10 5 K / s. The decisive cooling phase from room temperature to -100 ° C takes about 10 ms with this known device on the surface of the sample (cooling rate 10 4 K / s).
Die Abkühlrate im Innern der Probe ist ausschließlich von den physikalischen Eigenschaften der Probe abhängig. Um dickere biologische bzw. wasserhaltige Proben zu vitrifizieren, wird die Probe einem hohen Druck ausgesetzt.The cooling rate inside the sample is solely physical Properties of the sample depend. For thicker biological or hydrated ones To vitrify samples, the sample is subjected to high pressure.
Durch die Anhebung des Drucks ist eine kleinere Abkühlrate zur Vitrifizierung hinreichend. Die Abkühlrate zur Vitrifizierung biologischer Proben beträgt unter Normaldruck etwa 105-106 K/s, unter 2000 bar beträgt die Abkühlrate jedoch nur 103-104 K/s; d. h. mit hundert mal geringeren Abkühlraten können unter hohem Druck biologische Proben immer noch vitrifiziert werden.By increasing the pressure, a lower cooling rate is sufficient for vitrification. The cooling rate for vitrification of biological samples is about 10 5 -10 6 K / s under normal pressure, but below 2000 bar the cooling rate is only 10 3 -10 4 K / s; ie with 100 times lower cooling rates, biological samples can still be vitrified under high pressure.
Zum Einfrieren der Proben werden metallische Halter verwendet, die mindestens zwei lösbar miteinander verbindbare Formteile aufweisen, wobei die miteinander verbundenen Formteile eine Kammer zur Aufnahme der Proben bilden. In der o. a. Druckschrift "LEICA EM HPF, High Pressure Freezer, 1.K.-LEICA EM HPF- E-6194, Juni 1994" und der Druckschrift "Balzers, Hochdruck Gefriermaschine HPM 010, Balzers Union Aktiengesellschaft, ohne Druckdatum" sind derartige Probenhalter dargestellt.Metallic holders are used to freeze the samples, at least have two releasably connectable molded parts, the one another connected molded parts form a chamber for receiving the samples. In the o. a. Leaflet "LEICA EM HPF, High Pressure Freezer, 1.K.-LEICA EM HPF- E-6194, June 1994 "and the publication" Balzers, high pressure freezer HPM 010, Balzers Union Aktiengesellschaft, without print date "are such Sample holder shown.
Zum Einfrieren der Probe wird der Probenhalter in der Hochdruckgefriereinrichtung so eingespannt, dass einerseits ein Probenverlust vermieden wird und andererseits ein ausreichender Teil der Oberfläche zum Aufspritzen von Kryogen, z. B. von Flüssigstickstoff, frei zugänglich bleibt. Eine derartige Anordnung ist in der nicht vorveröffentlichten DE 100 15 773 dargestellt und beschrieben.To freeze the sample, the sample holder is placed in the High pressure freezer clamped so that on the one hand a sample loss is avoided and on the other hand a sufficient part of the surface for Injecting cryogen, e.g. B. of liquid nitrogen, remains freely accessible. A such an arrangement is shown in the unpublished DE 100 15 773 and described.
Aus der bekannten Technik des Abkühlens und der physikalischen Abläufe ist es auch bekannt, dass die Abkühlrate im Zentrum einer biologischen Probe nur bedingt durch die Abkühlrate an der Oberfläche bestimmt wird. Wesentliches Merkmal dabei ist, dass bei hohen Abkühlraten an der Oberfläche eine Art "Sättigungseffekt" eintritt, während niedrigere Abkühlraten an der Oberfläche unweigerlich schlechte Einfrierergebnisse zur Folge haben. Deshalb ist es wesentlich, dass die durch ein Gerät erzielbare Abkühlrate möglichst ungeschmälert durch die Probenhalterung auf die Oberfläche der biologischen Probe übertragen wird.It is from the known technique of cooling and the physical processes also known that the cooling rate at the center of a biological sample only is determined by the cooling rate at the surface. essential A feature is that with high cooling rates on the surface a kind "Saturation effect" occurs while lower cooling rates on the surface inevitably lead to poor freezing results. That's why it is essential that the cooling rate achievable by a device is as possible undiminished by the sample holder on the surface of the biological Sample is transferred.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Probenhalter für eine Hochdruckgefriereinrichtung zu schaffen, der die erzielbare Abkühlrate möglichst ungeschmälert auf die Oberfläche der Probe überträgt.It is therefore an object of the present invention to provide a sample holder for a High-pressure freezer to create the most possible cooling rate transferred undiminished to the surface of the sample.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by the in the characteristic of Features specified claim 1 solved. Advantageous further training the invention are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eines der Formteile aus Diamant besteht oder zumindest einen Diamanten aufweist. Der Diamant hat neben seiner extremen Härte auch den Vorteil der niedrigen spezifischen Wärme und der sehr guten Wärmeleitfähigkeit.The invention is characterized in that one of the shaped parts made of diamond exists or has at least one diamond. The diamond has next to his extreme hardness also the advantage of low specific heat and very high good thermal conductivity.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eines der Formteile, vorzugsweise das aus Diamant gefertigte Formteil, scheibenförmig ausgebildet. Zwischen beiden Formteilen ist ein aus Metall gefertigter Distanzring vorgesehen, der die zur Probenaufnahme notwendige Vertiefung bestimmt. Dieser Distanzring kann hier auch die Dichtfunktion übernehmen.In a further embodiment of the invention, at least one of the molded parts, preferably the molded part made of diamond, disc-shaped. A spacer made of metal is provided between the two molded parts, which determines the deepening required for sample collection. This spacer ring can also perform the sealing function here.
Es kann natürlich auch vorgesehen sein, dass nur eines der Formteile aus Diamant gefertigt ist bzw. das Formteil einen gefassten Diamanten aufweist. In diesem Fall kann die Vertiefung für die Probenaufnahme durch die Fassung des Diamanten oder durch eine entsprechende Ausbildung des anderen Formteils erfolgen. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist ein Probenhalter mit einem scheibenförmigen Formteil aus Diamant und einem scheibenförmigen aus Metall. Das Metallformteil weist am Rand einen umlaufenden, angeformten Steg auf.Of course, it can also be provided that only one of the molded parts Diamond is made or the molded part has a set diamond. In In this case, the recess for the sample holder can be replaced by the version of the Diamonds or by appropriate training of the other molding respectively. A preferred embodiment is a sample holder with a disk-shaped molded part made of diamond and a disk-shaped made of metal. The metal molded part has a circumferential, integrally formed web on the edge.
In einer weiteren Ausführungsform des Probenhalters kann der Diamant bzw. eines der Formteile mit einer Bohrung für die Hochdruckzuführung ausgestattet sein.In a further embodiment of the sample holder, the diamond or one of the molded parts is equipped with a hole for the high pressure supply his.
Es hat sich von Vorteil erwiesen, bei derartigen Probenhaltern als Metall Gold oder Aluminium oder Kupfer zu verwenden und als Diamanten einen handelsüblichen polykristallinen CVD Industriediamanten einzusetzen. It has proven to be advantageous to use gold as the metal in such sample holders or to use aluminum or copper and a diamond commercial polycrystalline CVD industrial diamonds.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind beide Formteile an ihren nach innen gerichteten Flächen plan ausgebildet. Zwischen diesen Flächen ist ein, die Flächen umlaufendes, Distanzstück als Dichtung und zur Bildung der Probenaufnahme angeordnet. Durch unterschiedlich dimensionierte Distanzstücke lassen sich auf einfache Art und Weise unterschiedlich dimensionierte Aufnahmen für die Proben erzeugen.In a further embodiment of the invention, both molded parts are on their interior surfaces are flat. Between these areas is a All-round, spacer as a seal and to form the Sample holder arranged. By differently dimensioned Spacers can be different in a simple way Generate dimensioned recordings for the samples.
Die Erfindung wird in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der schematischen Zeichnungen dargestellt und näher erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated in several exemplary embodiments schematic drawings shown and explained in more detail. Show it:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung des Probenhalters mit zwei aus Diamant hergestellten Formteilen und umlaufendem Metallring, Fig. 1 is a sectional view of the sample holder with two diamond shaped parts and prepared circulating metal ring,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Probenhalters mit einem Formteil aus Diamant und einem Formteil aus Metall, Fig. 2 is a sectional view of the sample holder with a mold part made of diamond, and a molded part of metal,
Fig. 3 eine Schnittdarstellung des Probenhalters mit zwei Formteilen aus Diamant und einem zusätzlichen Formteil mit Hochdruckzuführleitung, Fig. 3 is a sectional view of the sample holder with two molded parts made of diamond and an additional mold part with Hochdruckzuführleitung,
Fig. 4 eine Schnittdarstellung des Probenhalters mit einem Formteil aus Diamant und einem anderen Formteil mit Hochdruckzuführleitung, Fig. 4 is a sectional view of the sample holder with a mold part made of diamond and another mold part with Hochdruckzuführleitung,
Fig. 5 eine Schnittdarstellung des Probenhalters mit einem Formteil aus Diamant und einem eine Probenaufnahme und eine Dichtung bildendes Formteil. Fig. 5 is a sectional view of the sample holder with a molded part made of diamond and a molded part forming a sample holder and a seal.
Die Fig. 1 zeigt einen Probenhalter 1 mit einem Formteil 2 und einem diesem gegenüberliegen angeordneten Formteil 3. Beide Formteile 2 und 3 sind aus Diamant hergestellt und als scheibenförmige Plättchen ausgebildet. Zwischen den beiden Formteilen 2 und 3 ist ein Distanzring 9 vorgesehen, der vorzugsweise aus Metall besteht. Als Metall wird hier vorzugsweise Gold, Kupfer oder Aluminium verwendet. Die Größe des Distanzrings 9 bestimmt dabei die Größe der Probenaufnahme 6. So lassen sich auf einfache Art und Weise unterschiedlich große Probenaufnahmen 6 durch unterschiedliche dimensionierte Distanzringe 9 realisieren. Fig. 1 shows a sample holder 1, having a molded part 2 and a this opposite arranged mold part 3. Both molded parts 2 and 3 are made of diamond and are designed as disk-shaped plates. Between the two molded parts 2 and 3 , a spacer ring 9 is provided, which is preferably made of metal. Gold, copper or aluminum is preferably used as the metal here. The size of the spacer ring 9 determines the size of the sample holder 6 . In this way, sample receptacles 6 of different sizes can be realized in a simple manner by means of spacer rings 9 of different dimensions.
Über den Distanzring 9 wird die Probenaufnahme 6 beim Einspannen in eine nicht mit dargestellte Spanneinrichtung einer Hochdruckgefriereinrichtung isoliert.The sample holder 6 is isolated via the spacer ring 9 when it is clamped into a clamping device (not shown) of a high-pressure freezing device.
Die Fig. 2 zeigt eine weiteres Ausführungsbeispiel des Probenhalters 1 mit einem aus Diamant gefertigten Formteil 2 und einem gegenüberliegend angeordneten und aus Metall hergestellten Formteil 3. Das Formteil 3 weist am Rand angeformte und den Rand umlaufende Stege 8 auf, die die Funktion des Distanzrings 9 aus der Fig. 1 übernehmen. Durch die unterschiedliche Dimensionierung der Stege 8 lassen unterschiedliche große Probenaufnahmen 6 realisieren. Durch die angeformten Stege 8 wird eine feste Probenaufnahme 6 gebildet und dadurch das Einlegen und Entnehmen der Probe erleichtert. FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the sample holder 1 with a molded part 2 made of diamond and a molded part 3 arranged opposite and made of metal. The molded part 3 has webs 8 integrally formed on the edge and encircling the edge, which take over the function of the spacer ring 9 from FIG. 1. Due to the different dimensions of the webs 8 , different sized sample receptacles 6 can be realized. A fixed sample receptacle 6 is formed by the integrally formed webs 8 and this facilitates the insertion and removal of the sample.
Die Fig. 3 zeigt einen Probenhalter 1 entsprechend der Ausführungsform der Fig. 1, wobei hier im Formteil 3 eine Bohrung 10 für eine nachgeordnete, hier nicht mit dargestellte, Hochdruckeinrichtung vorgesehen ist. Dem Formteil 3 ist ein weiteres Formteil 4 mit einem Hochdruckkanal 5 zugeordnet. Der Hochdruckkanal 5 korrespondiert mit der Bohrung 10, die in der Probenaufnahme 6 endet. Auf diese Weise lässt sich direkt in der Probenaufnahme 6 der notwendige Druck erzeugen. FIG. 3 shows a sample holder 1 corresponding to the embodiment of FIG. 1, a bore 10 being provided here in the molded part 3 for a downstream high-pressure device, not shown here. A further molded part 4 with a high-pressure duct 5 is assigned to the molded part 3 . The high-pressure duct 5 corresponds to the bore 10 , which ends in the sample holder 6 . In this way, the necessary pressure can be generated directly in the sample holder 6 .
Die Fig. 4 zeigt eine Ausführungsbeispiel des Probenhalters 1 entsprechend der Fig. 4, wobei hier das Formteil 4 direkt über die Dichtung 9 mit dem Formteil 2 verbunden ist. In diesem Ausführungsbeispiel wurde das Formteil 3 vollständig e rsetzt. FIG. 4 shows an embodiment of the sample holder 1 corresponding to FIG. 4, with the molded part 4 being connected directly to the molded part 2 via the seal 9 . In this embodiment, the molded part 3 was completely replaced.
Die Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Probenhalters 1 gemäß der Fig. 4, wobei hier der umlaufende Distanzring 9 zur Dichtung durch das metallische Formteil 3 mit einem Boden 7 und den umlaufend angeformten Stegen 8 ersetzt wurde. Dieses Formteil entspricht dem Formteil 3 aus der Fig. 2, wobei hier der Boden 7 möglichst dünn ausgebildet ist. Da das Formteil 3 auch hier lösbar im Probenhalter 1 angeordnet ist, kann das Formteil 3 separat entnommen werden. Dadurch können die Proben leichter in den Probenhalter 1 bzw. in die Probenaufnahme 6 eingebracht und wieder entnommen werden. FIG. 5 shows an exemplary embodiment of the sample holder 1 according to FIG. 4, with the circumferential spacer ring 9 for sealing being replaced by the metallic molded part 3 with a bottom 7 and the circumferentially formed webs 8 . This molded part corresponds to the molded part 3 from FIG. 2, in which case the base 7 is made as thin as possible. Since the molded part 3 is also arranged detachably in the sample holder 1 , the molded part 3 can be removed separately. As a result, the samples can be introduced more easily into the sample holder 1 or into the sample holder 6 and removed again.
Die beschriebenen und aus Diamant, vorzugsweise aus einem polykristallinen CVD Diamanten, gefertigten Formteile können selbstverständlich auch einen oder mehrere gefasste Diamanten aufweisen.The described and made of diamond, preferably of a polycrystalline CVD diamonds, molded parts can of course also one or have several set diamonds.
Es liegt selbstverständlich auch im Rahmen der Erfindung, wenn die äußere Oberfläche der Formteile unregelmäßig ausgebildet ist, um so eine größere Fläche zum Aufspritzen von Flüssigstickstoff zu bilden. It is of course also within the scope of the invention if the outer Surface of the molded parts is irregular, so the larger Form surface for spraying liquid nitrogen.
11
Probenhalter
sample holder
22
Formteil
molding
33
Formteil
molding
44
Formteil
molding
55
Hochdruckkanal
High pressure passage
66
Probenaufnahme
specimen collection
77
Boden
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88th
Steg
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99
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