DE102014203500B3 - Probenhalter eines Mikrotoms - Google Patents

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    • G01N1/04Devices for withdrawing samples in the solid state, e.g. by cutting
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Probenhalter (100) eines Mikrotoms aufweisend einen Grundkörper (110), ein relativ zu dem Grundkörper (110) beweglich gelagertes Ausrichtungsbauteil (120), ein erstes betätigbares Fixierungsmittel (140), welches so ausgebildet ist, dass es im betätigten Zustand eine Relativbewegung zwischen dem Ausrichtungsbauteil (120) und dem Grundkörper (110) zulässt und im enttätigten Zustand eine Relativbewegung zwischen dem Ausrichtungsbauteil (120) und dem Grundkörper (110) hemmt, eine an dem Ausrichtungsbauteil (120) angeordnete Klemmbaugruppe (130) aufweisend zwei relativ zueinander bewegliche Klemmbauteile (131, 132), ein zweites betätigbares Fixierungsmittel (180), welches so ausgebildet ist, dass es im betätigten Zustand die Klemmbaugruppe (130) öffnet und im enttätigten Zustand die Klemmbaugruppe (130) schließt, und einen Betätigungsmechanismus, welcher so ausgebildet ist, dass er bei Betätigung zunächst das erste betätigbare Fixierungsmittel (140) betätigt, so dass es eine Relativbewegung zwischen dem Ausrichtungsbauteil (120) und dem Grundkörper (110) zulässt, und danach das zweite betätigbare Fixierungsmittel (180) betätigt, so dass es die Klemmbaugruppe (130) öffnet, und bei Enttätigung zunächst das zweite betätigbare Fixierungsmittel (180) enttätigt, so dass es die Klemmbaugruppe (130) schließt, und danach das erste betätigbare Fixierungsmittel (140) enttätigt, so dass es eine Relativbewegung zwischen dem Ausrichtungsbauteil (120) und dem Grundkörper (110) hemmt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Probenhalter für ein Mikrotom.
  • Stand der Technik
  • Nach entsprechender Vorbereitung können mit einem Mikrotom Gewebeschnitte abgetragen werden, die nur wenige Mikrometer dünn sind. Die zu schneidende Probe muss dem Mikrotom zugeführt und darin für den zuverlässigen Schnitt eingespannt werden. In der DE 195 16 468 C1 , DE 196 04 001 C2 , DE 37 14 389 C1 , DE 37 14 411 C1 , DE 36 07 766 C1 , DE 21 43 529 A wird jeweils ein Probenhalter für ein Mikrotom beschrieben, bei dem eine im Probenhalter aufgenommene Probe manuell mittels eines entsprechenden Mechanismus relativ zur Schnittebene ausgerichtet werden kann.
  • In der DE 199 11 173 A1 wird ein Probenhalter für ein Mikrotom beschrieben, bei dem eine im Probenhalter aufgenommene Probe motorisch relativ zur Schnittebene ausgerichtet und motorisch an die Klinge angestellt werden kann. Dadurch kann bereits die hohe Verletzungsgefahr durch die Klinge des Mikrotoms reduziert werden. Die Handhabung der Proben und Schnitte erfolgt jedoch noch immer noch manuell. Dabei muss die Probe (üblicherweise eine Kassette mit in Paraffin eingebettetem Gewebe) von Hand in den Probehalter eingespannt werden. Da der Probenwechsel nahe an der Klinge des Mikrotoms stattfindet, besteht hier weiterhin eine erhöhte Verletzungsgefahr
  • Wünschenswert ist in diesem Zusammenhang daher, auch bisher noch manuell durchgeführte Tätigkeiten zu automatisieren, um das Verletzungsrisiko für den Benutzer weiter zu reduzieren. Eine Voraussetzung für einen automatisierten Probenwechsel ist zunächst, eine einfache und automatisierbare Möglichkeit zu schaffen, die Probe in dem Probenhalter zu fixieren und zu lösen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird ein Probenhalter für ein Mikrotom mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Offenbarung.
  • Vorteile der Erfindung
  • Ein erfindungsgemäßer Probenhalter bietet eine einfache und automatisierbare Möglichkeit, eine Probe in dem Probenhalter zu fixieren und zu lösen. Dies ermöglicht, bisher noch manuell durchgeführte Tätigkeiten zu automatisieren und so das Verletzungsrisiko für den Benutzer weiter zu reduzieren.
  • Zusätzlich bietet die Erfindung die Möglichkeit, mit demselben Mechanismus den Probenhalter nach dessen Ausrichtung festzustellen und so gegen Veränderungen der Ausrichtung, insbesondere durch den Schnittvorgang, zu sichern. Dies vermeidet Probleme, die bei der motorisierten Ausrichtung auftreten können. Um eine ausreichende Fixierung der Ausrichtung vorzunehmen, reicht beispielsweise die Selbsthemmung der Spindeln von Antrieben oft nicht aus.
  • Der Probenhalter ist dabei so ausgebildet, dass das Fixieren der Probe und das Feststellen des Probenhalters von demselben Betätigungsmechanismus ausgelöst werden, aber dabei nacheinander stattfinden. Somit kann der Betätigungsmechanismus durch einen einzigen elektrischen Antrieb betätigt werden, was den baulichen und steuerungstechnischen Aufwand gering hält. Die Reihenfolge der Betätigung ist dabei vorteilhaft an die Handlungsabfolge angepasst, d.h. zuerst wird die Probe im Probenhalter fixiert, anschließend soll die Möglichkeit bestehen, diesen auszurichten, und erst danach soll der Probenhalter festgestellt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein (vorzugsweise motorisch) betätigter, passiver Federmechanismus verwendet, wobei sowohl das Fixieren der Probe in dem Probenhalter als auch das Feststellen des Probenhalters durch Federkraft bewirkt werden. Beispielsweise bei einem Stromausfall hätte ein aktiver Federmechanismus (wobei ein Antrieb eine Feder spannt) den Nachteil, dass die Fixierung beider Komponenten aufgehoben werden würde und die Probe sowie das Mikrotom während der Schneidbewegung Schaden nehmen könnten. Ebenfalls bestünde eine erhöhte Verletzungsgefahr für den Anwender.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
  • Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
  • 1 zeigt schematisch einen Probenhalter in einer perspektivischen Ansicht schräg von vorne.
  • 2 zeigt den Probenhalter ohne Klemmbaugruppe in einer Längsschnittsansicht.
  • 3 zeigt den Probenhalter einschließlich Klemmbaugruppe in einer Längsschnittsansicht, wobei sich beide Fixierungsmittel im enttätigten Zustand befinden.
  • 4 zeigt den Probenhalter in einer Längsschnittsansicht, wobei sich das erste Fixierungsmittel im betätigten Zustand befindet.
  • 5 zeigt den Probenhalter in einer Längsschnittsansicht, wobei sich beide Fixierungsmittel im betätigten Zustand befinden.
  • 6 zeigt den Probenhalter in einer perspektivischen Ansicht schräg von vorne, wobei die Klemmbaugruppe teilweise transparent dargestellt ist, um den Notbetätigungsmechanismus darzustellen.
  • In den Figuren ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Probenhalters 100 dargestellt. Der Probenhalter 100 weist einen Grundkörper 110 auf, der ein ortsfestes Bezugssystem für den Probenhalter bildet. Der Probenhalter 100 weist weiterhin ein relativ zu dem Grundkörper 110 beweglich gelagertes Ausrichtungsbauteil 120 auf, welches hier ein Klemmbaugruppenbefestigungselement 121, ein Lagerhülsenelement 122 und ein Gegenlagerelement 123 aufweist. Das Klemmbaugruppenbefestigungselement 121 ist fest mit dem Lagerhülsenelement 122 verbunden. Eine Klemmbaugruppe 130 ist an dem Klemmbaugruppenbefestigungselement 121 angeordnet. Das Gegenlagerelement 123 ist verschiebbar auf dem Lagerhülsenelement 122 gelagert. Der Probenhalter 100 weist einen automatischen Betätigungsmechanismus auf, um einerseits das Ausrichtungsbauteil 120 relativ zu dem Grundkörper 110 zu fixieren und andererseits die Klemmbaugruppe 130 zu öffnen und zu schließen.
  • Es ist ein erstes betätigbares Fixierungsmittel 140 vorgesehen, welches ein hier als Betätigungsfeder 142 ausgebildetes erstes Federmittel und ein hier als Hebel 141 ausgebildetes erstes betätigbares Beabstandungsmittel aufweist. Die Betätigungsfeder 142 ist zwischen dem Gegenlagerelement 123 und dem Lagerhülsenelement 122 angeordnet und zieht dadurch einerseits das Klemmbaugruppenbefestigungselement 121 des Ausrichtungsbauteils 120 gegen den Grundkörper 110, wobei eine vordere Klemmfläche 143 gebildet wird, und drückt andererseits das Gegenlagerelement 123 des Ausrichtungsbauteils 120 gegen den Grundkörper 110, wobei eine hintere Klemmfläche 144 gebildet wird. Die Klemmflächen 143 und 144 hemmen eine Relativbewegung zwischen dem Ausrichtungsbauteil 120 und dem Grundkörper 110.
  • Zur Ausrichtung des Ausrichtungsbauteils 120 relativ zum Grundkörper 110 ist hier eine Antriebsbaugruppe 160 vorgesehen, die an bzw. in dem Grundkörper 110 angeordnet ist. Die Antriebsbaugruppe 160 weist zwei Elektromotoren 161, 163 und zwei zugehörige Positionssensoren 162, 164 auf. Weiterhin ist ein federgespannter Gegenlagerbolzen 165 vorgesehen. Von den Elektromotoren 161, 163 werden hülsenförmige Spindelmuttern translatorisch belegt, von denen hier in den 3 bis 5 nur eine Spindelmutter 161a abgebildet ist. Die Spindelmuttern drücken gegen das Ausrichtungsbauteil 120 und dieses drücket gegen den Gegenlagerbolzen 165, so dass ein Verschwenken des Ausrichtungsbauteils 120 relativ zum Grundkörper 110 um eine y-Achse (Elektromotor 161) und um eine z-Achse (Elektromotor 163) möglich ist. Eine Nulllage bezeichnet jeweils die Ausrichtung, in der eine Frontfläche 121b des Ausrichtungsbauteils 120 parallel zu einer Schnittebene über einer Klinge eines Mikrotoms ausgerichtet ist.
  • Das Ausrichtungsbauteil 120 weist am Klemmbaugruppenbefestigungselement 121 einen Gelenkkopf 121a auf, der mit einer zugehörigen Gelenkpfanne 110a des Grundkörpers 110 zusammenwirkt, sodass ein Verschwenken des Ausrichtungsbauteils 120 relativ zum Grundkörper 110 möglich wird und dennoch die Klemmfläche 143 in jeder Schwenkstellung gebildet werden kann. In der vorliegenden Ausführungsform weist ebenso der Grundkörper 110 einen Gelenkkopf 110b auf, der mit einer zugehörigen Gelenkpfanne 123b des Gegenlagerelements 123 zusammenwirkt, sodass ein Verschwenken des Ausrichtungsbauteils 120 relativ zum Grundkörper 110 möglich wird und dennoch die Klemmfläche 144 in jeder Schwenkstellung gebildet werden kann.
  • Ist die Klemmung gelöst, kann die Ausrichtung des Ausrichtungsbauteils 120 (und damit der Klemmbaugruppe 130 und damit einer in der Klemmbaugruppe gehaltenen Probe) durch Betätigung der Elektromotoren 161, 163 erfolgen. Dabei drücken deren Spindelmuttern jeweils gegen eine definierte Fläche des Ausrichtungsbauteils 120, sodass dieses entsprechend um einen Drehpunkt, der durch einen vorzugsweise gemeinsamen Kugelmittelpunkt der Gelenkpfannen 110a, 123b gebildet wird, schwenkt. Der Gegenlagerbolzen 165 sorgt für die notwendige Gegenkraft, um die Position zu halten. Die Positionssensoren 162, 164 sind hier als induktive Sensoren ausgeführt und detektieren die Anwesenheit der Spindelmuttern und können damit die Nulllage der Ausrichtung bestimmen. Es wird vorgeschlagen, die Positionssensoren 162, 164 zum jeweiligen Elektromotor 161, 163 hin zu neigen, um so ein Entfernen und Annähern der Spindelmutter erfassen zu können. Sensoren mit einer ausreichenden Reichweite können in geeigneter Anordnung die Spindelmuttern über den gesamten Hub detektieren. Aus dem damit messbaren Abstand ist eine genaue Bestimmung der Winkellage um die entsprechende Achse möglich.
  • An dem Lagerhülsenelement 122 ist ein elektrischer Spindelantrieb 170 aufweisend einen Elektromotor 171, eine von dem Elektromotor 171 angetriebene Gewindespindel 172 und eine auf der Gewindespindel 172 sitzende Spindelmutter 173. Auf diese Weise kann eine Drehbewegung des Elektromotors 171 und damit der Gewindespindel 172 in eine translatorische Bewegung der Spindelmutter 173 gewandelt werden. Die Verwendung eines kompakten Spindelmotors vermeidet komplizierte und platzraubende Getriebe.
  • Wird die Spindelmutter 173 ausgehend von der in den 2 und 3 dargestellten enttätigten Stellung nach links bewegt, wird zunächst das erste betätigbare Fixierungsmittel 140 betätigt (4). Genauer wird hier der Hebel 141 betätigt, indem er um eine relativ zum Klemmbaugruppenbefestigungselement 121 ortsfeste Drehachse A geschwenkt wird. Dadurch wird das Gegenlagerelement 123 gegen die Federkraft vom Klemmbaugruppenbefestigungselement 121 weggedrückt, sodass beide Klemmflächen 143 und 144 entlastet werden. Vorzugsweise sind mehrere solcher Hebel um den Umfang herum vorgesehen, um das Gegenlagerelement 123 gleichmäßig vom Klemmbaugruppenbefestigungselement 121 wegzudrücken.
  • Wie erläutert, ist die Klemmbaugruppe 130 an dem Klemmbaugruppenbefestigungselement 121 angeordnet. Die Klemmbaugruppe 130 verfügt über zwei relativ zueinander bewegliche Klemmbauteile 131, 132, wobei hier das obere Klemmbauteil 131 fest und das untere Klemmbauteil 132 beweglich ist. Wie in 6 ersichtlich, ist das untere Klemmbauteil 132 mittels Druckfedern 181 als ein zweites Federmittel gegen das obere Klemmbauteil 131 verspannt. Diese Ruhelage stellt den geschlossenen Zustand der Klemmbaugruppe 130 dar. Es kann vorteilhaft ein Sicherungsblech 133 vorgesehen sein, das im geöffneten Zustand dafür sorgt, dass die Probe nicht nach vorne kippt.
  • Zum Öffnen und Schließen der Klemmbaugruppe 130 ist ein zweites betätigbares Fixierungsmittel 180 vorgesehen, welches so ausgebildet ist, dass es im betätigten Zustand die Klemmbaugruppe 130 öffnet und im enttätigten Zustand die Klemmbaugruppe 130 schließt. Das zweite betätigbare Fixierungsmittel 180 weist die Druckfedern 181 sowie ein zweites betätigbares Beabstandungsmittel 182 auf, welches hier einen Eingriff mit zwei Nadellagern aufweist.
  • Weiterhin ist ein hier als Keil 174 ausgebildetes zweites Betätigungselement zur Betätigung des zweiten betätigbaren Fixierungsmittels 180 vorgesehen. Der Keil 174 kann in den Eingriff eingreifen und so das zweite betätigbare Beabstandungsmittel 182 betätigen. Die Nadeln und damit die mit den Nadellagern fest verbundenen Klemmbauteile 131, 132 werden auseinander gedrückt.
  • Wird die Spindelmutter 173 ausgehend von der in 4 dargestellten Stellung, in der das erste betätigbare Fixierungsmittel 140 betätigt ist, weiter nach links bewegt, wird auch das zweite betätigbare Fixierungsmittel 180 betätigt (5). Genauer wird hier das zweite betätigbare Beabstandungsmittel 182 betätigt, indem der Keil 174 durch die Spindelmutter 173 zwischen die Nadellager gedrückt wird.
  • Der Keil wandelt durch seinen Winkel die axiale Kraft über das untere Nadellager in eine radial zur Achse der Gewindespindel 172 wirkende Kraft nach unten. Das obere Nadellager ist starr und nimmt die radiale Gegenkraft auf, um die Gewindespindel 172 zu entlasten. Da für das Lösen der Ausrichtungsklemmung nur Reibung zwischen den Hebeln 141 und der Spindelmutter 172 überwunden werden muss, steht nahezu die volle Motorkraft für das Öffnen der Klemmbaugruppe zur Verfügung. Der Keil treibt das untere Lager nach unten. Dieses ist über zwei federbelastete Bolzen 183 mit dem beweglichen unteren Klemmbauteil 132 verbunden. Dadurch werden die beiden Klemmbauteile 131, 132 auseinander gedrückt und die Klemmbaugruppe 130 geöffnet. Eine Probe kann eingesetzt oder entnommen werden.
  • Bei einem Zurückfahren der Spindelmutter 173 wird durch die von den Bolzen geführten Druckfedern 181 das untere Klemmbauteil 132 wieder zurück bewegt und die Klemmbaugruppe 130 geschlossen. Der Keil 174 wird durch seinen Winkel und über das Lager mangels Selbsthemmung ebenfalls axial zurück bewegt. Wird die Spindelmutter 173 weiter zurück gefahren, werden die Hebel 141 durch die Betätigungsfeder 142 über das Gegenlagerelement 123 wieder entlang der Schrägen an der Spindelmutter 173 zurück bewegt, bis sie sich in ihrer Ausgangsposition befinden. Aufgrund der geometrischen Eigenschaften wird die Ausrichtung fixiert, nachdem die Klemmbaugruppe geschlossen worden ist. Umgekehrt wird die Ausrichtung erst gelöst und die Klemmbaugruppe anschließend geöffnet. So ist eine sichere Fixierung der Probe in der Klemmbaugruppe 130 gewährleistet, während die Ausrichtung der Probenoberfläche durch den Anwender vorgenommen werden kann.
  • Um die Probe manuell zu entnehmen (beispielsweise bei einem Stromausfall), ist ein manuell betätigbarer Notbetätigungsmechanismus vorhanden, welcher so ausgebildet ist, dass er bei Betätigung nur das zweite betätigbare Fixierungsmittel 180 betätigt. Wie in 6 ersichtlich, kann dazu ein separater Hebel 190 in den oberen Teil der Klemmbaugruppe 130 eingeführt werden. Durch das Bewegen des Hebels 190 nach oben wird das entstehende Drehmoment über einen Querbolzen 191 in eine axiale Kraft nach unten umgewandelt. Dabei drücken zwei symmetrisch angeordnete Zylinderstifte 192 auf die Bolzen 183, die mit dem unteren Klemmbauteil 132 verbunden sind. Durch die Bewegung des Hebels 190 wird die Klemmbaugruppe 130 entkoppelt von dem automatischen Betätigungsmechanismus geöffnet, sodass eine Probe aus der Klemmbaugruppe 130 entfernt werden kann.

Claims (11)

  1. Probenhalter (100) eines Mikrotoms aufweisend einen Grundkörper (110), ein relativ zu dem Grundkörper (110) beweglich gelagertes Ausrichtungsbauteil (120), ein erstes betätigbares Fixierungsmittel (140), welches so ausgebildet ist, dass es im betätigten Zustand eine Relativbewegung zwischen dem Ausrichtungsbauteil (120) und dem Grundkörper (110) zulässt und im enttätigten Zustand eine Relativbewegung zwischen dem Ausrichtungsbauteil (120) und dem Grundkörper (110) hemmt, eine an dem Ausrichtungsbauteil (120) angeordnete Klemmbaugruppe (130) aufweisend zwei relativ zueinander bewegliche Klemmbauteile (131, 132), ein zweites betätigbares Fixierungsmittel (180), welches so ausgebildet ist, dass es im betätigten Zustand die Klemmbaugruppe (130) öffnet und im enttätigten Zustand die Klemmbaugruppe (130) schließt, und einen Betätigungsmechanismus, welcher so ausgebildet ist, dass er bei Betätigung zunächst das erste betätigbare Fixierungsmittel (140) betätigt, so dass es eine Relativbewegung zwischen dem Ausrichtungsbauteil (120) und dem Grundkörper (110) zulässt, und danach das zweite betätigbare Fixierungsmittel (180) betätigt, so dass es die Klemmbaugruppe (130) öffnet, und bei Enttätigung zunächst das zweite betätigbare Fixierungsmittel (180) enttätigt, so dass es die Klemmbaugruppe (130) schließt, und danach das erste betätigbare Fixierungsmittel (140) enttätigt, so dass es eine Relativbewegung zwischen dem Ausrichtungsbauteil (120) und dem Grundkörper (110) hemmt.
  2. Probenhalter nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend einen den Betätigungsmechanismus antreibenden elektrischen Antrieb (170).
  3. Probenhalter nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Betätigungsmechanismus ein erstes Betätigungselement (173) zur Betätigung des ersten betätigbaren Fixierungsmittels (140) aufweist, wobei das erste Betätigungselement (173) bei Betätigung des Betätigungsmechanismus translatorisch bewegt wird.
  4. Probenhalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Betätigungsmechanismus ein zweites Betätigungselement (174) zur Betätigung des zweiten betätigbaren Fixierungsmittels (180) aufweist, wobei das zweite Betätigungselement (174) bei Betätigung des Betätigungsmechanismus translatorisch bewegt wird.
  5. Probenhalter nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Betätigungsmechanismus einen Spindelantrieb (170) zum translatorischen Bewegen des ersten und/oder zweiten Betätigungselements aufweist.
  6. Probenhalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste betätigbare Fixierungsmittel (140) ein erstes Federmittel (142), welches so angeordnet ist, dass es das Ausrichtungsbauteil (120) gegen den Grundkörper (110) drückt, und ein erstes betätigbares Beabstandungsmittel (141), welches im betätigten Zustand das Ausrichtungsbauteil (120) von dem Grundkörper (110) abhebt, aufweist.
  7. Probenhalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das zweite betätigbare Fixierungsmittel (180) ein zweites Federmittel (181), welches die zwei Klemmbauteile (131, 132) gegeneinander drückt, und ein zweites betätigbares Beabstandungsmittel (182), welches im betätigten Zustand die zwei beweglichen Klemmbauteile (131, 132) auseinander drückt, aufweist.
  8. Probenhalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Element aus der Gruppe bestehend aus Grundkörper (110) und Ausrichtungsbauteil (120) eine Gelenkpfanne und das andere Element aus der Gruppe bestehend aus Grundkörper (110) und Ausrichtungsbauteil (120) einen Gelenkkopf aufweist.
  9. Probenhalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend eine elektrische Antriebsbaugruppe (160) zum Ausrichten des Ausrichtungsbauteils (120) relativ zum Grundkörper (110).
  10. Probenhalter nach Anspruch 9, wobei die elektrische Antriebsbaugruppe (160) zwei elektrische Antriebe (161, 163) aufweist, die so angeordnet sind, dass das Ausrichtungsbauteil (120) relativ zum Grundkörper (110) um zwei unterschiedliche Drehachsen geschwenkt werden kann.
  11. Probenhalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend einen manuell betätigbaren Notbetätigungsmechanismus (190, 191, 192), welcher so ausgebildet ist, dass er bei Betätigung nur das zweite betätigbare Fixierungsmittel (180) betätigt.
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