DE102005040828A1

DE102005040828A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Immersion und zur Reinigung der Frontlinse von Mikroskopobjektiven

Info

Publication number: DE102005040828A1
Application number: DE102005040828A
Authority: DE
Inventors: Lutz Dr. Höring; Andreas Dr. Nolte
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 2005-08-25
Filing date: 2005-08-25
Publication date: 2007-03-08
Also published as: US20070047093A1

Abstract

Um ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Immersion und zur Reinigung der Frontlinse von Mikroskopobjektiven in vollautomatischen Mikroskopsystemen, insbesondere inverser Mikroskope, bei der Untersuchung biologischer und/oder chemischer Proben zu schaffen, mittels denen neben einem automatischen Immersionsvorgang gleichzeitig eine automatische Reinigung der Frontlinse des Mikroskopobjektivs bei Beendigung des Immersionsvorgangs vorgenommen wird, wird ein Verfahren vorzugsweise mit Wasser als Immersionsflüssigkeit vorgeschlagen, bei dem die Immersionsflüssigkeit gleichzeitig als Reinigungsflüssigkeit zur automatischen Reinigung einer Frontlinse (6) eines Mikroskopobjektivs (3) bei Beendigung des Immersionsvorgangs vorgesehen ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem Aufnahmebehältnis (5), das auf die Frontlinse (6) des Mikroskopobjektivs (3) aufsetzbar ist, wobei im Aufnahmebehältnis (5) Öffnungen (8, 10) vorgesehen sind, die mit einem Schlauchsystem (4, 11) zur Zuführung der frischen Immersions- und Reinigungsflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter (1) und zur Abführung der verschmutzten Flüssigkeit in einen Aufnahmebehälter (12) verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Immersion und zur automatischen Reinigung der Frontlinse von Mikroskopobjektiven in automatischen Mikroskopsystemen, insbesondere inverser Mikroskope, bei der Untersuchung biologischer und/oder chemischer Proben.

In der Mikroskopie werden allgemein Immersionen bei Mikroskopobjektiven durchgeführt, um die numerische Apertur und damit das optische Auflösungsvermögen von Mikroskopobjektiven zu erhöhen, indem in einen Zwischenraum zwischen einer Probe und dem Mikroskopobjektiv eine transparente Flüssigkeit, wie Wasser oder Öl eingebracht wird. In der Zellbiologie kommen zur Beobachtung der biologischen Proben unter anderem Wasserimmersionsobjektive zum Einsatz, wobei insbesondere für den Einsatz von Immersionsobjektiven in automatischen Mikroskopsystemen, bei denen die Abläufe über einen Steuerrechner automatisch gesteuert werden, ein manueller Eingriff während der mikroskopischen Untersuchungen nicht mehr vorgesehen ist. Aus diesem Grund muss für den Einsatz von Immersionsobjektiven in automatischen Mikroskopsystemen der Immersionsvorgang und die Reinigung der Frontlinse des Mikroskopobjektivs bei Beendigung des Immersionsvorgangs automatisch erfolgen. Aus der DE 101 23 027 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Untersuchung chemischer und/oder biologischer Proben insbesondere mittels eines konfokalen Mikroskops bekannt, mit einer Zuführeinrichtung zum automatischen Zuführen eines Immersionsmediums, Wasser oder Öl, wobei die Zuführeinrichtung ein mit dem Objektiv starr verbundenes Zuführrohr aufweist, und mittels einer steuerbaren Pumpe das Immersionsmedium aus einem Vorratsbehälter in einen Spalt zwischen dem Probenträger und der Austrittslinse des Objektivs zugeführt wird. Vor der Zuführung des Immersionsmediums wird eine Reinigungsflüssigkeit in den Spalt zugeführt, zur Reinigung der Außenlinse und des Probenträgers. Zum Abführen des Immersionsmediums ist eine mit dem Objektivkopf verbundene Auffangrinne vorgesehen. Aus der US 3 202 049 ist eine Vorrichtung bekannt, die an einem speziellen Mikroskopobjektiv befestigbar ist und ein geschlossenes und damit beschränktes Flüssigkeitsreservoir ohne Zu- und Ablauf für ein Ölimmersionsmedium aufweist, wobei ein während des Betriebes auftretender Flüssigkeitsverlust durch austretendes Öl und einmal benutzte Flüssigkeit verloren geht. Aus der DE 202 05 080 U1 ist weiterhin ein Immersionsobjektiv zur mikroskopischen Untersuchung eines Objektes bekannt, bei dem ein Abschirmelement vorgesehen ist, mit dem der Zwischenraum zwischen Immersionsobjektiv und Objekt weitgehend umschließbar ist und dass mit Immersionsflüssigkeit befüllbar ist, um eine Verschlechterung der Abbildungseigenschaften und insbesondere der Auflösung durch fluktuierende optische Eigenschaften der Immersionsflüssigkeit zu vermeiden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, für den Einsatz von Immersionsobjektiven in automatischen Mikroskopsystemen, insbesondere in inversen Mikroskopen, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mittels denen neben einem automatischen Immersionsvorgang eine automatische Reinigung der Frontlinse des Mikroskopobjektivs bei Beendigung des Immersionsvorgangs erhalten wird.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur automatischen Immersion und zur automatischen Reinigung der Frontlinse eines Mikroskopobjektivs, vorzugsweise mit Wasser als Immersionsflüssigkeit, die gleichzeitig zur automatischen Reinigung der Frontlinse des Mikroskopobjektivs bei Beendigung des Immersionsvorgangs gemäß Patentanspruch 1 vorgesehen ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Patentanspruch 8 besteht aus einem insbesondere zylindrisch ausgebildeten Aufnahmebehältnis, das auf die Frontlinse eines Mikroskopobjektivs aufsetzbar ist, wobei im Aufnahmebehältnis Öffnungen vorgesehen und mit einem Schlauchsystem verbunden sind, zur Zuführung und Abführung der Immersions- und Reinigungsflüssigkeit, und wobei die abgeführte Flüssigkeit in einem Aufnahmebehälter aufgefangen wird.

Die nach der Zuführung der Immersionsflüssigkeit in einen Spalt zwischen einer Fronlinse des Mikroskopobjektivs und einem Objektträger als Flüssigkeitssäule sich ausbildende Immersionsflüssigkeit, die durch die auftretenden Adhäsionskräfte bei Annäherung an dem Objektträger haftet, muss sich nach Beendigung des Immersionsvorgangs vollständig von dem Objektträger lösen, um gleichzeitig zur Reinigung der Frontlinse des Mikroskopobjektivs zu dienen, und sowohl Verschmutzungen des Objektträgers und der Frontlinse des Mikroskopobjektivs zu vermeiden. Im Betrieb eines inversen automatischen Mikroskops ist gerade das Reinigen der Frontlinse des Mikroskopobjektivs zwingend notwendig, da durch herabfallende Partikel beim Arbeiten am Mikroskop eine starke Verschmutzung auftreten kann. Deshalb wird bei dem vorgeschlagenen Verfahren Wasser als Immersionsflüssigkeit verwendet und keine schmierenden Öle, da Wasser gute Lösungseigenschaften besitzt, um auch andere Flüssigkeiten und Feststoffe lösen zu können. Als vorteilhaft werden auch Gemische aus Wasser und organischen/anorganischen Lösungsmitteln gesehen, um zum Lösen von Verschmutzungen den Brechungsindex der Immersionsflüssigkeit über eine solche Zusammensetzung anpassen zu können. Tritt eine Verschmutzung während eines Immersionsvorgangs auf, kann es zu einer Kontaminierung der Immersionsflüssigkeit kommen, was zu einer Verschlechterung der optischen Eigenschaften des Mikroskops führt. Zusätzlich können sich die Öffnungen für den Zufluss und den Abfluss der Immersionsflüssigkeit zusetzen.

Eine wichtige Voraussetzung zur Durchführung des Verfahrens besteht darin, dass der Durchmesser der Flüssigkeitssäule auf dem Objektträger mindestens dem Sehfeld des eingesetzten Mikroskopobjektivs entspricht, da sonst Abbildungsfehler auftreten können. Je größer die Öffnung der Frontlinse des eingesetzten Mikroskopobjektivs ist, desto größer ist auch die Flüssigkeitssäule auszubilden. Die Höhe der Flüssigkeitssäule wird dabei durch den Arbeitsabstand des Mikroskopobjektivs bestimmt.

Vorteilhaft ist vorgesehen, dass vor Beginn des Immersionsvorgangs und nach jeder Trennung der Flüssigkeitssäule vom Objektträger ein festes Flüssigkeitsvolumen für die Ausbildung des Flüssigkeitsmeniskus eingestellt wird, so dass beim Abführen der Immersions- und Reinigungsflüssigkeit die Frontlinse gereinigt wird.

Bevorzugt besteht die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens aus einem insbesondere zylindrisch ausgebildeten Aufnahmebehältnis, das auf eine Frontlinse eines Mikroskopobjektivs aufsetzbar ist, wobei über im Boden des Aufnahmebehältnisses vorgesehene und mit einem Schlauchsystem verbundene Öffnungen eine Immersions- und Reinigungsflüssigkeit dem zylindrischen Aufnahmebehältnis zugeführt und abgeführt wird. Das zylindrische Aufnahmebehältnis ist dabei auf die entsprechenden Frontlinsen der Mikroskopobjektive abgestimmt, auf diesen abdichtend gehalten, wobei mindestens eine Öffnung für einen Zufluss und mindestens eine Öffnung für den Ablauf der Immersions- und Reinigungsflüssigkeit vorgesehen ist. Die Öffnungen im Boden des Aufnahmebehältnisses sind vorteilhaft als Bohrungen ausgebildet

Die Zuführung der frischen Immersions- und Reinigungsflüssigkeit erfolgt über einen Vorratsbehälter, der entweder oberhalb des Mikroskopobjektivs an einem Mikroskopstativ befestigt ist und durch ein Ventil geöffnet und geschlossen wird, oder der Vorratsbehälter ist unterhalb des Mikroskopobjektivs an dem Mikroskopstativ befestigt und die Immersions- und Reinigungsflüssigkeit wird durch eine Pumpe in das zylindrische Aufnahmebehältnis gepumpt.

Die abgeführte verschmutzte Immersions- und Reinigungsflüssigkeit wird in einem Aufnahmebehälter aufgefangen, zu dem die Immersions- und Reinigungsflüssigkeit entweder durch die Schwerkraft fließt und der Flüssigkeitsstrom durch ein Ventil geregelt wird oder zu dem die Immersions- und Reinigungsflüssigkeit mittels einer Pumpe gepumpt wird. Der Aufnahmebehälter und der Vorratsbehälter sind vorzugsweise aus Kunststoff ausgebildet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines schematisch in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein inverses Mikroskop mit Vorrichtungselementen in Gesamtansicht;
2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Immersion und Reinigung von Frontlinsen von Mikroskopobjektiven im Arbeitszustand Immersion;
3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Immersion und Reinigung von Frontlinsen von Mikroskopobjektiven im Arbeitszustand Frontlinsenreinigung.
1 zeigt ein inverses Mikroskop, mit Elementen der Vorrichtung zur Immersion und zur Reinigung einer Frontlinse 6 eines Mikroskopobjektivs 3. Die frische Immersions- und Reinigungsflüssigkeit befindet sich in einem Vorratsbehälter 1, der an einem Mikroskopstativ 2 oberhalb des Mikroskopobjektivs 3 angeordnet ist, so dass die Immersions- und Reinigungsflüssigkeit durch die Schwerkraft über ein Schlauchsystem 4 in ein zylindrisches Aufnahmebehältnis 5 gemäß 2 und 3 geleitet wird, das auf die Frontlinse 6 des Mikroskopobjektivs 3 aufsetzbar ist. In einem Boden 7 des in 2 und 3 dargestellten Aufnahmebehältnisses 5 ist mindestens eine Öffnung 8 vorgesehen, mit der das Schlauchsystem 4 für die Zuführung der frischen Immersions- und Reinigungsflüssigkeit verbunden ist. Das zylindrische Aufnahmebehältnis 4 ist dabei auf die entsprechenden Frontlinsen 6 der unterschiedlichsten Mikroskopobjektive 3 abgestimmt und auf diesen abdichtend gehalten. Der Zufluss der Immersions- und Reinigungsflüssigkeit wird durch ein Ventil 9 reguliert. Für den Ablauf der Immersions- und Reinigungsflüssigkeit ist im zylindrische Aufnahmebehältnis 4 mindestens eine Öffnung 10 vorgesehen, über die die verschmutzte Immersions- und Reinigungsflüssigkeit über ein angeschlossenes Schlauchsystem 11 in einen Aufnahmebehälter 12 geleitet wird, zu dem die Immersions- und Reinigungsflüssigkeit durch die Schwerkraft fließt. Der Aufnahmebehälter 12 wird dabei durch ein Ventil 13 geöffnet und geschlossen. Die einsprechend 2 nach der Zuführung der Immersionsflüssigkeit in einen Spalt zwischen der Frontlinse 6 des Mikroskopobjektivs 3 und einem Objektträger 15 als Flüssigkeitssäule 14 sich ausbildende Immersionsflüssigkeit, die durch die auftretenden Adhäsionskräfte bei Annäherung an dem Objektträger 15 haftet, muss sich nach Beendigung des Immersionsvorganges vollständig von dem Objektträger 15 lösen, und gleichzeitig zur Reinigung der Frontlinse 6 des Mikroskopobjektivs 3 dienen, um sowohl Verschmutzungen des Objektträgers 15 und der Frontlinse 6 des Mikroskopobjektivs 3 zu vermeiden.
Für den Betrieb eines inversen automatischen Mikroskops ist gerade das Reinigen der Frontlinse 6 des Mikroskopobjektivs 3 zwingend notwendig, da durch herabfallende Partikel beim Arbeiten am Mikroskop eine starke Verschmutzung auftreten kann. In 3 ist die Vorrichtung zur Immersion und Reinigung der Frontlinse 6 des Mikroskopobjektives 3 im Arbeitszustand für die Frontlinsenreinigung dargestellt. Nach dem Ablösen der Immersionsflüssigkeit von dem Objektträger 15 wird beim Abfließen der Immersionsflüssigkeit die Frontlinse 6 gesäubert.
Es ist darauf zu achten, dass der Durchmesser der Flüssigkeitssäule 14 zu dem Objektträger mindestens dem Sehfeld des eingesetzten Mikroskopobjektivs 3 entspricht, da sonst Abbildungsfehler auftreten können. Je größer die Öffnung der Frontlinse 6 des eingesetzten Mikroskopobjektivs 3 ist, desto größer ist auch der Durchmesser der Flüssigkeitssäule 14 auszubilden. Die Höhe der Flüssigkeitssäule 14 wird durch den Arbeitsabstand des Mikroskopobjektivs 3 bestimmt.
Es wird deshalb in dem erfindungsgemäßen Verfahren Wasser als Immersionsflüssigkeit verwendet und keine schmierenden Öle, da Wasser gute Lösungseigenschaften besitzt, um auch andere Flüssigkeiten und Feststoffe lösen zu können. Als vorteilhaft werden auch Gemische aus Wasser und organischen/anorganischen Lösungsmitteln gesehen, um zum Lösen von Verschmutzungen den Brechungsindex der Immersionsflüssigkeit über eine solche Zusammensetzung anpassen zu können. Vor jedem Beginn des Immersionsvorgangs und nach jeder Trennung der Flüssigkeitssäule 14 von dem Objektträger 15 wird ein festes Flüssigkeitsvolumen für die Ausbildung des Flüssigkeitsmeniskus 16 eingestellt.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist als Variante vorgesehen, dass der Vorratsbehälter 1 unterhalb des Mikroskopobjektivs 3 am Mikroskopstativ 2 befestigt ist und die Immersions- und Reinigungsflüssigkeit wird dann durch eine Pumpe in das zylindrische Aufnahmebehältnis 5 gepumpt. Die abzuführende Immersions- und Reinigungsflüssigkeit wird ebenfalls mittels einer Pumpe in den Aufnahmebehälter 12 gepumpt.
Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung hinsichtlich der Anordnung des Vorrats- und Auffangbehälters sowie der Ausführung des Aufnahmebehältnisses vielfach variabel.

1: Vorratsbehälter für frische Immersions- und Reinigungsflüssigkeit
2: Mikroskopstativ
3: Mikroskopobjektiv
4: Schlauchsystem für Zufluss
5: zylindrisches Aufnahmebehältnis
6: Frontlinse
7: Boden des zylindrischen Aufnahmebehältnisses
8: Öffnung für Zufluss
9: Ventil zum Abstellen des Zuflusses
10: Öffnung für Abfluss
11: Schlauchsystem für Abfluss
12: Aufnahmebehälter für verschmutzte Immersions- und Reinigungsflüssigkeit
13: Ventil für Aufnahmebehälter
14: Flüssigkeitssäule
15: Objektträger
16: Flüssigkeitsmeniskus

Claims

Verfahren zur automatischen Immersion und/oder zur automatischen Reinigung der Frontlinse von Mikroskopobjektiven in automatischen Mikroskopsystemen bei der Untersuchung von biologischen und/oder chemischen Proben, wobei zwischen einer Frontlinse eines Mikroskopobjektivs und einem Objektträger ein Spalt ausgebildet ist, in den mittels einer Vorrichtung Immersions- und/oder Reinigungsflüssigkeit zu- und abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines auf eine Frontlinse (6) eines Mikroskopobjektivs (3) aufbringbaren Aufnahmebehältnisses (5) soviel Immersions- und/oder Reinigungsflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter (1) in den Spalt zwischen der Frontlinse (6) des Mikroskopobjektivs (3) und einem Objektträger (15) zugeführt wird, bis die Immersions- und Reinigungsflüssigkeit die Frontlinse (6) bedeckt, dass sich anschließend bei Annäherung des Mikroskopobjektivs (3) an den Objektträger (15) der Flüssigkeitsfilm auf der Frontlinse (6) durch die auftretenden Adhäsionskräfte als Flüssigkeitssäule (14) zwischen dem Mikroskopobjektiv (3) und dem Objektträger (15) ausbildet, dass nach Beendigung des Immersionsvorgangs das Mikroskopobjektiv (3) so weit entfernt wird, bis sich die Flüssigkeitssäule (14) vollständig von dem Objektträger (15) löst, und die Immersions- und Reinigungsflüssigkeit beim Abführen aus dem Aufnahmebehältnis (5) zur Reinigung der Frontlinse (6) des Mikroskopobjektivs (3) dient und dass abschließend die Immersions- und Reinigungsflüssigkeit aus dem Aufnahmebehältnis (5) abgeführt und in einem Aufnahmebehälter (12) aufgefangen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Immersions- und/oder Reinigungsflüssigkeit Wasser ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Immersions- und/oder Reinigungsflüssigkeit ein Gemisch aus Wasser und organischen/anorganischen Lösungsmitteln ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Flüssigkeitssäule (14) mindestens dem Sehfeld des eingesetzten Mikroskopobjektivs (3) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Flüssigkeitssäule (14) durch den Arbeitsabstand des Mikroskopobjektivs (3) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass je größer die Öffnung der Frontlinse (6) des eingesetzten Mikroskopobjektivs (3) ist, desto größer ist auch der Durchmesser der Flüssigkeitssäule (14) auszubilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Beginn des Immersionsvorgangs und nach jeder Trennung der Flüssigkeitssäule (14) von dem Objektträger (15) ein festes Flüssigkeitsvolumen für die Ausbildung des Flüssigkeitsmeniskus (16) eingestellt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung aus einem insbesondere zylindrisch ausgebildeten Aufnahmebehältnis (5) besteht, das auf die Frontlinse (6) des Mikroskopobjektivs (3) aufsetzbar ist, wobei in einem Boden (7) des zylindrischen Aufnahmebehältnisses (5) mindestens eine mit einem Schlauchsystem (4) verbundene Öffnung (8) zur Zuführung der Immersions- und Reinigungsflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter (1) in das zylindrische Aufnahmebehältnis (5) vorgesehen ist und wobei nach erfolgter Immersion und Reinigung der Frontlinse (6) des Mikroskopobjektivs (3) über mindestens eine im Boden (7) des zylindrischen Aufnahmebehältnisses (5) vorgesehene und mit einem Schlauchsystem (11) verbundene Öffnung (10) die verschmutze Immersions- und Reinigungsflüssigkeit in einen Aufnahmebehälter (12) abfließt.
Vorrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbildung und Größe des zylindrischen Aufnahmebehältnisses (5) auf die unterschiedlichsten Frontlinsen (6) von Mikroskopobjektiven (3) abgestimmt und auf diesen abdichtend gehalten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (1) und der Aufnahmebehälter (12) insbesondere an einem Mikroskopstativ (2) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (1) für den Zufluss der Immersions- und Reinigungsflüssigkeit oberhalb des Mikroskopobjektivs (3) am Mikroskopstativ (2) befestigt ist und der Zufluss zum Aufnahmebehältnis (5) durch ein Ventil (9) regelbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (1) für den Zufluss der Immersions- und Reinigungsflüssigkeit unterhalb des Mikroskopobjektivs (3) am Mikroskopstativ (2) befestigt und der Zufluss zum Aufnahmebehältnis (5) mittels einer Pumpe vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebehälter (12) für die Aufnahme der verschmutzten Immersions- und Reinigungsflüssigkeit unterhalb des Mikroskopobjektivs (3) am Mikroskopstativ (2) angeordnet ist und der Abfluss der Immersions- und Reinigungsflüssigkeit aus dem Aufnahmebehältnis (5) durch ein Ventil (13) oder eine Pumpe vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (1) für die frische Immersions- und Reinigungsflüssigkeit und der Aufnahmebehälter (12) für die verschmutzte Immersions- und Reinigungsflüssigkeit aus Kunststoff ausgebildet sind.