-
Mikromanipulator zum Bewegen und zum Herstellen sehr kleiner Werkzeuge
unter einem Mikroskop Die Erfindung bezieht sich auf Mikromanipulatoren zum Bewegen
sehr kleiner Werkzeuge unter einem Mikroskop unter Verwendung eines Werkzeughalters
bei der Handhabung einzelner Zellen oder anderer mikroskopischer Objekte. Die Erfindung
bezieht sich darüber hinaus auch auf Mikromanipulatoren zum Herstellen solcher Werkzeuge
unter dem Mikroskop.
-
Aufgabe der Erfindung ist die Erstellung eines Mikromanipulators,
mit dem eine besonders einfache Handhabung des Werkzeuges ermöglicht wird. Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Mikromanipulator zu erhalten,
der einfach konstruiert und billig herzustellen ist, so daß er besonders für den
individuellen Gebrauch bei Studentengruppen geeignet ist. Noch eine andere Aufgabe
der Erfindung ist ein Werkzeughalter, durch den das Arbeitsbesteck ständig im Fokus
des Mikroskopfeldes gehalten wird.
-
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Werkzeughalter
als Magnet ausgebildet und über einen Objektträger mit einem Auflager verbunden
ist, welches am unteren Objektivende des Mikroskops angeordnet und in axialer Richtung
in gerader Linie beweglich ausgebildet ist.
-
Gemäß der Erfindung kann das Auflager dadurch mit einem geraden Werkzeug
im Werkzeughalter auf die Objektivachse eingestellt werden, um jedes Werkzeugteil
in den Fokus zu bringen. Dann kann das Werkzeug zurückgeschoben werden, wobei es
im oder nahe beim Fokus verbleibt, bis die Spitze des Werkzeuges in die für die
erforderliche Handhabung richtige Lage gebracht ist.
-
Mit der Erfindung ist weiterhin die Möglichkeit gegeben, ein Mikro-Werkzeug
mit Hilfe eines Formgebungselementes herzustellen. Dieses ist zweckmäßigerweise
mit dem mechanischen Teil des Mikroskops bewegbar und weist einen verschiebbar eingebauten
Werkzeughalter auf einem Auflager auf, das zur Axialbewegung am Objektiv des Mikroskops
befestigt und um eine Achse drehbar ist, die durch die Achse der Mikroskop-Optik
führt.
-
Die Erfindung ist in je einem Ausführungsbeispiel für das Bewegen
und das Herstellen derartiger Werkzeuge unter dem Mikroskop in den Zeichnungen schematisch
dargestellt.
-
F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Mikromanipulator zum Bewegen
von Mikrowerkzeugen und das Objektivende des Mikroskops; F i g. 2, 3 und 4 zeigen
Teile des Mikromanipulators von F i g. 1 in Rück-, Seiten- und Endansicht; F i g.
5 zeigt einen Grundriß des im Mikromanipulator von F i g. 1 verwendeten Auflagers;
F i g. 6 zeigt eine Zerfallperspektive von Teilen des zum Herstellen von Mikrowerkzeugen
verwendeten Auflagers; F i g. 7 zeigt einen Teil-Schnitt der Anordnung zum Herstellen
von Mikrowerkzeugen und F i g. 8 zeigt einen Grundriß eines Formgebungselementes.
-
Der Mikromanipulator zum Bewegen von sehr kleinen Werkzeugen unter
dem Mikroskop arbeitet wie folgt: Ein Ring 10, vorzugsweise aus Messing, wird außen
um das Objektivende 11 des Mikroskops mit einem Zusatzwerkzeug angebracht. Eine
Fixierschraube 12 aus Kunststoff ermöglicht es, daß der Ring 10 in einer gewünschten
Position im Kreisumfang oder axial festgehalten wird. Ein Paar Stahl-Objektträger
13, deren Unterseiten 14 plan und parallel gearbeitet sind, werden am Ring
10 mit Abwärtsneigung befestigt, so daß die Mittellinie dieser Flächen auf
die optische Achse 15 des Mikroskops trifft.
-
Ein C-förmiger Permanent-Magnet 16 ist der Länge nach über die beiden
Flächen mit einem Werkzeughalterohr 17 versehen, welches in einer Nut 18 befestigt
ist. Die Achse des Halterohrs 17
liegt in der Ebene der Flächen
14, und der überstehende Teil des Halterohrs 17 liegt zwischen den Stahl-Objektträgern
13, wobei das Halterohr 17 mit Hilfe des Magneten 16 auf den Objektträgern 13 festgehalten
wird.
-
Das zu verwendende Werkzeug 20 aus Glas oder Metall wird mit Wachs
oder ähnlichen Mitteln in das Halterohr 17 eingesetzt und befestigt und steht in
Arbeitsposition abwärts, um sich mit der optischen Achse 15 zu kreuzen.
-
Bei der praktischen Anwendung werden der Ring 10 und die Objektträger
13 am Objektiv 11 in niedrigster Position gesichert. Der Magnet 16 und das Werkzeug
20 werden an den Objektträgern 13 angebracht und abwärts geschoben, bis die Werkzeugspitze
die optische Achse 15 kreuzt. Der Ring 10
wird dann langsam angehoben,
bis der gewünschte Teil des Werkzeuges 20 im Fokus des Feldzentrums ist. Das Rohr
17 ist so beschaffen, daß es einen kleinen Spielraum zwischen den Objektträgern
13 erhält, um leichte seitliche Bewegungen des Werkzeuges 20
zum Zentrieren
zu ermöglichen.
-
Der Magnet 16 wird dann auf den Objektträgern 13 zurückbewegt, bis
sich die Spitze des Werkzeuges 20 im Brennpunkt 21 befindet, wenn eine endgültige
Fokuseinstellung des Ringes 10 erforderlich sein sollte. Das Werkzeug 20
wird dann weiter zurückgezogen und das Versuchsstück nach Bedarf zentriert. Darauf
wird das Mikroskoprohr angehoben, die Spitze des Werkzeuges 20 in Zentrum-Position
zurückgebracht und das Versuchsstück neu fokussiert, wobei das Versuchsstück mit
der Spitze des Werkzeuges 20 berührt wird.
-
Der wichtigste Vorteil der beschriebenen Anordnung ist darin zu sehen,
daß das Werkzeug 20 immer zur Fokussierung ausgerichtet ist, sobald es sich im Mittelpunkt
des Feldes befindet und trotzdem ohne Schwierigkeit herausgenommen werden kann.
Der steuerbare Magnet 16 -ermöglicht eine besonders leichte Kontrolle.
-..-
Das Herstellen von Werkzeugen mit Hilfe des in den F i g. 6, 7 und 8
dargestellten Mikromanipulators geht im Prinzip so vor sich, daß die Fertigung des
Werkzeuges erfolgt,' während es im Magnetsockel befestigt ist, um dann später mit
diesem Werkzeug benutzt zu werden. Zu diesem Zweck wird der Werkzeugrohling magnetisch
festgehalten und der Magnet an einem Objektträger angebracht, der als Ganzes um
seine Mittelachse in einem Auflager drehbar ist, das so eingebaut ist, daß diese
Mittelachse die optische Achse des Mikroskops kreuzt. Das Auflager ist axial verschiebbar
und auf dem Objektiv des Mikroskops, wie oben beschrieben, drehbar.
-
Im einzelnen enthält das Auflager 60 gemäß Fig. 7 einen Innenring
61, der auf dem Objektiv 62 schieb-und drehbar befestigt und mit einer Fixierschraube
63 gesichert ist. Dieser Innenring 61 hat einen unteren außenseitigen Ansatz 64,
auf dem sich, durch eine Fixierschraube 66 gehalten, ein äußerer Ring 65 auf dem
Innenring 61 drehe. läßt. Eine vertikale Auflagerplatte 67 reicht abwärts über die
Außenseite des Außenringes 65 und weist eine Öffnung 68 und eine Abdeckplatte 69
auf, - die eine koaxiale etwas größere Öffnung 70 hat und an der Außenseite
gesichert ist. Entsprechende runde Aussparungen 71 und 72 (siehe F i g. 6) befinden
sich in den Auflageflächen der Platte 67 und der Deckplatte 69 und bilden eine Ringnut.
- - - -Eine Ringscheibe 73 mit je einem Ring 74 aus Poly-Tetrafluoräthylen an jeder
Seite ist in dieser Ringnut befestigt, und ein Stahl-Objektträger 75 führt von der
Ringscheibe 73 durch die Öffnung 70 in der Deckplatte 69. Der Objektträger 75 ist
im Schnitt halbkreisförmig und trifft im rechten Winkel auf die Ringscheibe 73,
wobei seine Oberkanten 76 genau plan und parallel verlaufen. Ein Magnet-Werkzeughalter
77, der mit dem bereits beschriebenen Magneten 16 gemäß F i g. 1 und 3 identisch
ist und einen Glasstab-Werkzeugrohling 78 aufgenommen hat, wird auf den Objektträger
75 gebracht, wobei der Werkzeugrohling 78 auf die Mitte der Ringscheibe 73 und auf
die optische Achse des Mikroskops gerichtet ist.
-
Eine Aufheizvorrichtung 80 in F i g. 7 zur Formung von Glas-Werkzeugen
ist mit dem mechanischen Teil des Mikroskops beweglich verbunden. Wie in F i g.
8 gezeigt, enthält diese Aufheizvorrichtung 80 einen Heizdraht 82 aus Platin-Iridium,
der durch die Isolatoren 83 auf dem Isolierblock 84 mit Elektroanschlüssen 85 im
Isolierblock 84 verbunden ist. Um den Heizdraht 82 kontrollierbar aufzuheizen, sind
die Anschlüsse 85 an einen nicht abgebildeten Umformer über einen Rheostat-Wärmeregler
und einen Widerstand angeschlossen, um ein überheizen zu verhindern.
-
In Betrieb wird der Werkzeughalter 77 auf dem Objektträger 75 vorwärts
geschoben, bis der Werkzeugrohling 78 über die optische Achse 79 reicht und der
Innenring 61 axial mit dem Objektiv 62 ausgerichtet ist, um den Werkzeugrohling
78 zu fokussieren, worauf dieser dann gesichert wird. Der Werkzeughalter 77 wird
dann zurückgezogen, bis die Spitze des Werkzeugrohlings 78 im Feld zentriert ist.
Der Fokus wird bei einer Drehung des Objektträgers 75 auf der Ringscheibe 73 beibehalten
oder annähernd beibehalten (d. h. bei einer Drehung um die Achse des Werkzeugrohlings)
und ebenso bei einer Drehung des Außenringes 65 auf dem Ansatz 64 um den Innenring
61 (d. h. bei einer Drehung des ganzen Gerätes um die optische Achse).
-
Der Heizdraht 82 wird mit dem mechanischen Teil 81 herangebracht
und das Mikroskoprohr eingestellt, um es gegenüber der Spitze des Werkzeugrohlings
78 zu fokussieren. Beim Aufheizen des Heizdrahtes 82 schmilzt das Ende des Werkzeugrohlings
78, der dann durch Zurückführen des mechanischen Teils 81 oder des Werkzeughalters
77 herausgenommen werden kann. Durch Bewegen des Heizdrahtes 82 kann eine- Mikro-Schleife
am Werkzeug (etwa 5/1000 Zoll) geformt werden. Die Wölbung einer solchen Schleife
kann durch Drehen des Objektträgers 75 um 90° auf der Ringscheibe 73 bestimmt werden.
Der Winkel an den Schleifenenden ist durch Drehen des Gerätes um 90° auf dem Außenring
65 und durch Andrücken der Schleife an den Enden mit dem aufgeheizten Draht 82 zu
berichtigen. Selbstverständlich sind auch andere Werkzeugformungselemente als der
Heizdraht 82, wie z. B. Mikroschweißelektroden oder mechanische Schneidvorrichtungen,
verwendbar.
-
Zur Formgebung verschiedener Werkzeuge kann eine vollständige Kontrolle
aller notwendigen Arbeitsgänge in einfachster Weise erreicht werden. Das einmal
geformte Werkzeug ist bereits im Werkzeughalter zur Verwendung im oben beschriebenen
Mikromanipulator vorbereitet.
-
Das Gerät ist in seiner Gesamtheit einfach, klein und für den Gebrauch
in jedem beliebigen Mikroskop
geeignet. Während die Kontrolle des
Werkzeughalters und der Ringe von Hand für den üblichen Gebrauch als geeignet anzusehen
ist, könnten Mikrometer- oder Vernier-Ausrichtungen für äußerst genaue Arbeiten
verwendet werden.