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Die
Erfindung betrifft eine Klimakammer für eine Anordnung zum Untersuchen
mikroskopischer und makroskopischer Präparate mit einem Scanmikroskop.
Insbesonderen betrifft die Erfindung eine Klimakammer für eine Anordnung
zum Untersuchen mikroskopischer und makroskopischer Präparate mit einem
Scanmikroskop, das einen Laser und optische Mittel umfasst, die
das von dem Laser erzeugte Licht auf eine zu untersuchende Probe
abbilden. Insbesondere kann das Scanmikroskop als konfokales Mikroskop
ausgebildet sein.
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Bisher
sind im Stand der Technik Scanmikroskope bekannt, mit denen mikroskopische
Präparate untersucht
werden können.
In der Scanmikroskopie wird eine Probe mit einem Lichtstrahl abgerastert. Hierzu
werden Laser als Lichtquellen eingesetzt. Hingegen ist es bisher
nicht möglich,
auch große
makroskopische Objekte wie beispielsweise kleine Fische mit einem
herkömmlichen
konfokalen Laserscanmikroskop zu untersuchen, da weder Arbeitsabstand noch
das Scanfeld dafür
nicht ausgelegt sind. Es besteht jedoch zusehends ein Bedarf, auch
makroskopische Objekte mit einer hohen Auflösung zu untersuchen, insbesondere
für pharmazeutische
Fragestellungen oder auch in der Entwicklungsbiologie. So ist es
beispielsweise für
das Verständnis
des Wirkmechanismus von Medikamenten von hohem Interesse, auch größere Objekte
wie beispielsweise Zebrafische direkt unter einem Mikroskop zu untersuchen.
Zebrafische eignen sich aufgrund ihrer Transparenz sehr gut für lichtmikroskopische
Untersuchungen.
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Diese
Objekte müssen
jedoch gegenüber der
Umgebung geschützt
werden, um eine Verfälschung
der Untersuchungsergebnisse auszuschließen.
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Der
Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Klimakammer für ein Mikroskop
zu schaffen, das Probenuntersuchung auch bei makroskopischen Objekten
mit hoher Auflösung
ermöglicht. Insbesondere
soll eine Klimakammer für
ein konfokales Scanmikroskop geschaffen werden
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Klimakammer, die zumindest zweigeteilt ist und sich durch eine
gewölbte
Formgebung auszeichnet, so dass sowohl eine einfache und unkomplizierte
Handhabung der Probe in der Kammer gegeben ist als auch eine zirkulare
Gasströmung
in der Kammer ermöglicht
ist, durch die die Probe nur sehr geringfügig beeinflusst wird. Somit
wird die Probe ausreichend vor Fremdeinflüssen geschützt, ohne dass die Kammer sich
hinderlich bei der Probenpräparation
auswirkt.
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Insbesondere
ist die Klimakammer für
die Verbindung einer Zoom-Optik mit der Scanoptik eines konfokalen
Scanmikroskops vorgesehen, durch die ein neuer Typ eines Scanmikroskops
geschaffen wird, das sich durch einen großen und variablen Arbeitsabstand,
typischerweise bis zu ca. 80 mm aber auch darüber hinaus auszeichnet. Durch
den großen Arbeitsabstand
können
auch größere Objekte
untersucht werden. Des weiteren wird ein großes und variables Sehfeld mit
einem Durchmesser in der Diagonalen bis zu 20 mm oder auch darüber hinaus
erreicht. Hierdurch kann von großen Objekten von einer Größe bis zu
mehreren cm, insbesondere bis zu 2 cm Größe ein Übersichtsbild erstellt werden.
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Da
der Arbeitsabstand des Objektivs sehr groß ist, ist ein großer und
komfortabler Arbeitsbereich geschaffen, der die Probenmanipulation
erleichtert. Gegenüber
herkömmlichen
Mikroskopen ist die Zugänglichkeit
zur Probe sowie der Probenwechsel deutlich verbessert. Der Probenwechsel
kann wesentlich schneller, sicherer und auch komfortabler erfolgen
und wird durch die erfindungsgemäße zweigeteilte
Klimakammer unterstützt.
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Insgesamt
ist somit eine Klimakammer für ein
Mikroskop geschaffen, das sich sowohl im Makro- als auch im Mikrobereich
durch höchste
Auflösung und
Bildqualität
auszeichnet. Darüber
hinaus zeichnet sich das Gesamtsystem durch einen sehr kompakten
Aufbau aus. Es ist somit durch die Kombination einer Scanoptik eines
Scanmikroskops mit einer Zoom-Optik ein neuartiges optisches System
geschaffen worden, das neue Untersuchungsmethoden, insbesondere
für die
Entwicklungsbiologie, ermöglicht.
Die Klimakammer gewährleistet,
dass die Probe insbesondere bei langen Untersuchungen vor Umgebungseinflüssen ausreichend
geschützt
wird.
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In
der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt
und wird anhand der Zeichnung nachfolgend beschrieben.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
Anordnung eines konfokalen Scanmikroskops nach dem Stand der Technik,
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2 eine
schematische Darstellung eines konfokalen Scanmikroskops mit einer
Zoom-Optik,
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3 eine
Darstellung des erfindungsgemäßen Scanmikroskops
aus 2 in einer Perspektive von oben gesehen,
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4 eine
erweiterte Darstellung der 3 mit einer
Klimakammer,
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5 eine
Darstellung der Klimakammer aus 4 von oben
betrachtet.
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1 zeigt
ein konfokales Scanmikroskop nach dem Stand der Technik mit einem
Pulslaser 1, der einen gepulsten Laserstrahl 2 erzeugt,
der hier durch ein optisches Bauelement 3 geleitet wird.
Aus dem optischen Bauelement 3 tritt ein Beleuchtungslicht 4 aus,
das von einer ersten Optik 5 auf eine Beleuchtungsblende 6 abgebildet
wird und dann auf einen Strahlteiler 7 trifft. Vom Strahlteiler 7 gelangt
das Beleuchtungslicht 4 zu einer zweiten Optik 8,
die einen parallelen Lichtstrahl erzeugt, der auf einen Scanspiegel 9 trifft.
Dem Scanspiegel 9 sind mehrere Optiken 10 und 11 nachgeschaltet,
die den Lichtstrahl formen. Der Lichtstrahl 4 gelangt zu
einem Objektiv 12, von dem er auf eine Probe 13 abgebildet wird.
Das von der Probe 13 reflektierte oder ausgesendete Licht
definiert einen Beobachtungsstrahlengang 4b. Das Licht des
Beobachtungsstrahlengangs 4b tritt abermals durch die zweite
Optik 8 und wird auf eine Detektionsblende 14 abgebildet,
die vor einem Detektor 15 sitzt. Vorzugsweise handelt es
sich bei dem Detektor 15 um einen Photomultiplier. Der
Detektor kann jedoch auch als Kamera ausgeführt sein, wobei es sich insbesondere
um eine CCD- oder EMCCD-Kamera handeln kann. Eine Ausführung des Detektors
als Detektorarray, insbesondere in Form eines APD-Arrays, ist ebenfalls
möglich.
In bekannter Weise wird die Probe in X-Y-, aber auch in Z-Richtung
abgerastert, und das Detektionslicht wird jeweils registriert und
aus den Meßsignalen
wird ein Beobachtungsbild erstellt. Bei den bekannten konfokalen Scanmikroskopen
ist jedoch der Arbeitsabstand zwischen dem Objektiv 12 und
der Probe 13 sehr gering, so dass nur mikroskopische Objekte
beobachtet werden können.
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In
der in 2 dargestellten erfindungsgemäßen Anordnung wurde die Scanoptik 16,
die ein Scanelement wie einen Scanspiegel und weitere wie beispielsweise
in 1 beschriebene optische Elemente aufweist, mit
einer Zoomoptik 17 verbunden. Vorzugsweise befindet sich
die Zoom-Optik 17 zwischen der Scanoptik 16 und
dem Objektiv 12. Derartige Zoom-Optiken sind für Stereomikroskope
bekannt und erlauben einen großen
Arbeitsabstand.
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Durch
die Kombination einer Zoom-Optik 17 mit einer Scanoptik 16 ist
ein neuer Typ eines Scanmikroskops 100 geschaffen, das
sich durch einen großen
und variablen Arbeitsabstand, typischerweise bis zu ca. 80 mm aber
auch darüber
hinaus zur Probe 18 auszeichnet. Durch den großen Arbeitsabstand können auch
größere Objekte
untersucht werden. Des weiteren wird ein großes und variables Sehfeld mit
einem Durchmesser in der Diagonalen bis zu 20 mm oder auch darüber hinaus
erreicht. Hierdurch kann von großen Objekten von einer Größe bis zu mehreren
cm, insbesondere bis zu 2 cm Größe ein Übersichtsbild
erstellt werden.
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Um
einen anderen Vergrößerungsbereich einzustellen,
ist kein Objektivwechsel erforderlich, sondern durch die Zoomoptik
kann eine veränderte Vergrößerung eingestellt
werden und das Objekt vom Makro- bis in den Mikrobereich mit höchster Auflösung und
guter Bildqualität
untersucht werden. Dies bedeutet insbesondere, dass keine Positionsveränderung
der Probe bei verschiedenen Vergrößerungsstufen erforderlich
ist und somit Beschädigungen weitgehend
ausgeschlossen werden können.
Insgesamt ist somit ein Mikroskop geschaffen, das sich sowohl im
Mikro- als auch im Makrobereich durch höchste Auflösung und Bildqualität auszeichnet.
Darüber
hinaus zeichnet sich das Gesamtsystem durch einen sehr kompakten
Aufbau aus.
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Es
ist somit durch die Kombination einer Scanoptik 16 eines
konfokalen Scanmikroskops mit einer Zoom-Optik 17 ein neuartiges
optisches System geschaffen worden, das neue Untersuchungsmethoden,
insbesondere für
die Entwicklungsbiologie, ermöglicht.
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Die
Zoom-Optik 17 kann sowohl mit Mikroobjektiven als auch
mit Makroobjektiven ausgestattet werden, um für den jeweils zu untersuchenden
Bereich die höchste
Bildqualität
zu gewährleisten.
Insbesondere können
durch die Zoom-Optik 17 Übersichtsbilder sehr schnell
erstellt werden, um dann durch eine Veränderung der Vergrößerung Details des
Objekts ohne einen weiteren Objektivwechsel mit höchster Auflösung zu
betrachten. Dies führt
zu einem sehr effizienten Arbeiten.
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Da
der Arbeitsabstand des Objektivs 12 sehr groß ist, ist
ein großer
und komfortabler Arbeitsbereich geschaffen, der die Probenmanipulation
erleichtert. Gegenüber
herkömmlichen
Mikroskopen ist die Zugänglichkeit
zur Probe sowie der Probenwechsel deutlich verbessert. Der Probenwechsel
kann wesentlich schneller, sicherer und auch komfortabler erfolgen.
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Für die Halterung
der Probe 18 ist vorteilhafterweise eine durchgehende Basisplatte
als Objekthalter 19 vorgesehen, so dass diese leicht zu
reinigen ist. Des weiteren ist zum Betrachten der Probe 18 ein
Okular 20 vorgesehen, das eine direkte Beobachtung der
Probe 18 ermöglicht.
Es ist aber natürlich
auch möglich,
statt eines Okulars eine digitale Kamera zur Bildaufnahme einzusetzen.
Das gerasterte Bild des Objektes 18 wird hingegen im Detektor, der
hier nicht näher
dargestellt ist und sich vorzugsweise im Scanoptik 16 befindet,
aufgenommen.
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Aufgrund
des großen
Arbeitsabstandes ergibt sich jedoch das Problem der Sicherheit durch auftretende
Laserstrahlung. Dies wird gelöst
durch eine Klimakammer 21, die im Bereich des Probentisches 19 angeordnet
ist und auftretendes Streulicht abschirmt. Vorzugsweise besteht
die Klimakammer 21 aus einem Laserlicht absorbierenden
Kunststoffmaterial, wobei vorzugsweise ein breiter Wellenlängenbereich
abgedeckt wird. Insbesondere ist die Klimakammer 21 aufklappbar
ausgeführt,
um eine gute Zugänglichkeit
zur Probe 18 zu ermöglichen.
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Eine
solche Klimakammer 21 ist schematisch in 4 dargestellt.
Die Klimakammer 21 ist zumindest zweigeteilt, wobei die
beiden Teile der Klimakammer 21 jeweils an Drehpunkten 22 befestigt
sind, so dass die beiden Teile der Klimakammer 21 verschwenkbar
sind. Beim Verschwenken der Klimakammer 21 zur Seite ist
eine gute Zugänglichkeit
des Arbeitsbereiches ermöglicht.
Da durch das Verschwenken der Klimakammer 21 der Probenraum gut
zugänglich
ist, kann die zu untersuchende Probe 18 einfach und unkompliziert
auf den Probentisch 19 gelegt und gegebenenfalls auch noch
präpariert
werden.
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Durch
die Klimakammer 21 wird ein geeignetes Raumklima für die Probe 19 sichergestellt.
Vorteilhafterweise sind Einlassöffnungen 23 für Gaszuführungen
vorgesehen, die eine schnelle Be- und Entlüftung der Klimakammer 21 ermöglichen.
Da die Klimakammer 21 aus Lasersicherheitsgründen aus einem
absorbierenden Kunststoff gefertigt ist, dient dies auch dem Schutz
der Probe vor Fremdlicht, da das Eindringen von Streulicht durch
die entsprechende Filterwirkung begrenzt wird. Dies ist insbesondere bei
biologischen Langzeituntersuchungen von Interesse.
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Durch
die Formgebung der Klimakammer 21 kann der Gasstrom 24 in
der Klimakammer definiert gesteuert werden, so dass Beschädigungen
der Probe durch Gasströmungen
weitgehend ausgeschlossen werden können. Insbesondere kann durch
eine gewölbte
Form der Klimakammer 21 eine zirkulare Gasströmung erreicht
werden, bei der am Ort der Probe 18 die Strömungsgeschwindigkeit
sehr gering ist und somit Beschädigungen
der Probe 18 weitgehend ausgeschlossen werden können. Insbesondere können sich
durch den definierten Gasstrom weniger störende Schmutzpartikel auf die
Probe 18 absetzen, die durch den Gasstrom aufgewirbelt
worden sind.
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Die
Klimakammer 21 kann zusätzlich
mit weiteren Heiz- und Kühlelementen
ausgestattet werden.
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Die
Klimakammer 21 ist in dieser Ausgestaltung nicht auf den
Einsatzbereich für
die konfokale Laserscanmikroskopie beschränkt, sondern kann auch bei
anderen Mikroskopen, insbesondere konventionellen Lichtmikroskopen
eingesetzt werden.