DE2459218C3

DE2459218C3 - Vorrichtung zum Transferieren eines tiefgekühlten Präparatschnittes von einem Mikrotom o.dgl. zu einem Mikroskop, insbesondere Elektronenmikroskop

Info

Publication number: DE2459218C3
Application number: DE2459218A
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl.-Ing. Maria Enzersdorf Lechner; Ferdinand Wien Pauliny
Original assignee: C Reichert Optische Werke AG
Current assignee: C Reichert Optische Werke AG
Priority date: 1974-03-29
Filing date: 1974-12-14
Publication date: 1978-09-07
Also published as: JPS585505B2; SE399133B; DE2459218B2; SE7503367L; US3978686A; DE2459218A1; JPS50141967A

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung zum Transferieren eines tiefgekühlten Präparatschnittes, insbesondere eines Ultramikrotomschnittes, von einem Mikrotom oder einer Behandlungseinrichtung mit Kühlkammer und Vakuumschleuse zu einem ebenfalls mit Kühlkammer und Vakuumschleuse ausgestatteten Mikroskop, insbesondere Elektronenmikroskop.

Die Herstellung und Behandlung extrem dünner Präparatschnitte für verschiedene Zwecke, z. B. für die Untersuchung in einem Elektronenmikroskop, Elektronenrastermikroskop oder dergleichen, erfordert in gewissen Fällen eine Tiefkühlung des Präparates, von welchem diese Schnitte hergestellt werden. Das trifft besonders bei biologischen Präparaten mit hohem Wassergehalt zu, wobei es von wesentlicher Bedeutung ist, die hergestellten Schnitte möglichst ohne eine auch

bo nur kurzzeitige Erwärmung weiter auf sehr tiefen Temperaturen halten zu können. Dabei muß auch verhindert werden, daß sich Kondenswasser auf dem tiefgekühlten Schnitt niederschlagen kann. Zu diesem Zweck ist es bereits bekannt, die Präparatschnitte aus

i.i der Kühlkammer eines Ultramikrotoms der Vakuumschleuse eines ebenfalls mit einer Kühlkammer versehenen ElektronenmikrosKops mittels eines Trägers zuzuführen, der auf die der Kühlkammer entsprechende tiefe

Temperatur gebracht ist. Bei einer anderen bekannten Anordnung wird als Träger ein mit flüssigem Stickstoff gefüllter Behälter eingesetzt, in welchem der Präparat schnitt schwimmt

Es ist auch bekannt, den Präparatschnitt ohne Rücksicht auf eine zwischenzeitige Erwärmung in eine Manipulationsvorrichtung an der Vakuumschleuse eines Elektronenmikroskops einzusetzen und in der Vakuumschleuse dann eine Gefriertrocknung des P^räparatschnittes durchzuführen (vergleiche »Electron microscopy 1972« Proceedings of The Fifth European Congress on Electron Microscopy, Seiten 332,333).

Allen diesen bekannten Vorrichtungen ist gemeinsam, daß es damit nicht gelingt, einen Präparatschnitt beispielsweise aus der Kühlkammer eines Ultramikrotoms ohne Zwischenerwärmung und/oder Kondensatbildung in die Kühlkammer beispielsweise eines Elektronenmikroskops zu verbingen, da die Zeitdauer der Manipulation des Transferbehälters bei der Entnahme und beim Wiedereinbringen des Tr^nsferbehälters zu lange ist, um eine Erwärmung zu verhindern und den Luftzutritt sicher auszuschließen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfache Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es erlaubt, einen Präparatschnitt in trockenem und tiefgekühltem Zustand ohne unzulässige Erwärmung und/oder Kondensatbildung aus der Kühlkammer eines Behandlungsgeräts in diejenige eines anderen Behandlungseräts zu transferieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsemäß gelöst durch die im Kennzeichenteil des vorstehenden Anspruches 1 angegebenen Merkmale.

Durch die von der Erfindung vorgeschlagene Vorrichtung gelingt es erstmals, Präparatschnitte aus mit Kühlkammern versehenen Behandlungsgeräten, z. B. Mikrotomen, Einrichtungen zum Gefrierätzen, und so weiter zu einem anderen Behandlungsgerät, z. B. einem Mikroskop, zu überführen, ohne auch nur die geringste thermische oder sonstige Beeinträchtigung des Präparats hinnehmen zu müssen. Der wesentliche Gedanken besteht dabei darin, die Vorrichtung zur Transferierung als Behälter auszubilden, der selbst durch eine Kühleinrichtung kühlbar ist und in Größe und Form so gestaltet ist, daß er in die Vakuumschleuse der beteiligten Geräte und Einrichtungen paßt. Hierdurch wird gerade das zeitraubende und umständliche Entnehmen des Präparatschnitts aus der Kühlkammer des Ultramikrotoms vermieden, das bisher stets einen Kontakt des Präparatschnitts mit der Atmosphäre und eine dadurch bedingte Erwärmung zur Folge hatte. Es hat sich auch gezeigt, daß zur Verhinderung des Beschlagens des Präparatschnitts mit Kondenswasser nicht unbedingt ein Transport im Vakuum erforderlich ist, wie man bisher annahm, sondern daß es aufgrund der erfindungsgemäßen Gestaltung des Transferbehälters ausreicht, den Präparatschnitt in den verschließbaren Raum des gekühlten Transferbehälters zu transportieren.

Infolge der für den Transferbehälter vorgesehenen aktiven Kühlung ist es nunmehr auch möglich, die Temperatur des Präparatschnittes während des Transfers gegebenenfalls gesteuert zu verändern, was sich z. B. für eine Gefrierätzung als notwendig erweist.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Transferbehälter stabförmig ausgebildet und weist einen an eine Kühlflüssigkeitsleitung anschließbaren Hohlraum sowie im Bereich seines vorderen Endes eine zur Aufnahme des Präparatschnittes dienende abdeckbare Höhlung auf, wobei der Transferbehälter so bemessen ist, daß sein vorderes Ende im vollständig in die Vakuumschleuse eines Behandlungsgeräts eingesetzten Zustand bis in dessen Vakuumkammer hineinragt. In dieser Form dient daher der Traiisferbehälter selbst als Präparat- oder Objektträger für die weitere Untersuchung. Von besonderer Bedeutung in diesem Zusammenhang ist, daß der Transferbehälter selbst abdichtend von außtn her in die Vakuumschleuse des Behandlungsgeräts eingesetzt werden kann, so daß beim öffnen der Vakuumkammer des Behandlungsgeräts und beim darauf folgenden Einführen des vorderen Endes des Transferbehältes in die Vakuumkammer kein Vakuumverlust auftritt. Zu diesem Zweck ist nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgedankens die Vakuumschleuse durch eine im wesentlichen zylindrische Hülse gebildet, in der als Halter für den Transferbehälter ein gegen die Hülse abgedichtet verdrehbarer, aus thermisch isolierendem Material bestehender Zylinder eingesetzl ist, in welchen der TransferbehäJter abdichtend einsteckbar ist.

Zweckmäßigerweise besteht der Transferbehälter aus einem mit Dichtungsringen versehenen Hohlzylinder, der die Kühlflüssigkeit zugeführt erhält, und aus einem daran anschließenden dünneren Zylinder, der das vordere Ende bildet und den verschließbaren Raum zur Aufnahme des Präparatschnittes enthält. Als Verschlußeinrichtung für diesen Raum ist vorteilhafterweise eine

so den dünneren Zylinder satt umschließende und gegen diesen verdrehbare Hülse vorgesehen, die durch eine im eingesteckten Zustand in der Vakuumschleuse sich ergebende Formschlußverbindung durch Drehen des Transferbehälters gegenüber dem verschließbaren Raum verdreht werden kann. Auf diese Weise kann der den Präparatschnitt aufnehmende Raum verschlossen und geöffnet werden, ohne daß ein Werkzeug dazu nötig ist, das gegebenenfalls eine erheblich höhere Temperatur aufweist.

·»<> Andere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich im einzelnen aus den weiteren Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 im Längsschnitt eine erste Ausführungsform eines an eine besonders gestaltete Vakuumschleuse angepaßten Transferbehälters mit temperaturgeregelter Kühlung im in die Vakuumschleuse eingesetzten Zustand,

Fig. 2, 3 Einzeldarstellungen des vorderen Endes des in die Vakuumschleuse eingesetzten Transferbehälters gemäß Fig. 1 im offenen beziehungsweise geschlossenen Zustand des darin vorgesehenen Raumes zur Aufnahme des Präparatschnittes,

Fig.4 einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Transferbehälters im in eine Vakuumschleuse eingesetzten Zustand und
F i g. 5 eine Einzeldarstellung des vorderen Endes des

w) Transferbehälters gemäß F i g. 4.

In den Figuren sind gleiche Teile mit den gleichen Positionsziffern bezeichnet. Die F i g. 1 zeigt eine an sich bekannte zylindrische Schleuse, die eine metallische Hülse 1 mit einem Dichtungsansatz 4 und einen

!'■> konzentrisch innerhalb der Hülse t angeordneten thermisch isolierenden Kunststoffzylinder 2 samt Drehgriff 3 umfaßt. Exzentrisch zum Zylinder 2 ist, in diesen eingeschoben, ein Transferbehalter 5 dargestellt.

Dieser paßt mit seinen Außenflächen so in den Zylinder 2, daß eine ausreichend gute Abdichtung der Vakuumkammer erreicht wird, zu der die Vakuumschleuse gehört. Der Transferbehälter 5 weist einen hohlen, von flüssigem Stickstoff durchflossenen dickeren Zylinder mit Abschlußdeckel 6 und einen das vordere Ende des Transferbehälters 5 bildenden dünneren und kürzeren Zylinder 9 auf, der einen Raum 10 zur Aufnahme des Präparatschnittes besitzt. (Die Ausbildung des vorderen Endes ist genauer aus den Γ i g. 2 und 3 zu entnehmen). In der Verlängerung des Hohlraumes 8 des Transferbehälters 5, der über eine Kühlflüssigkeitsleitung 7 mit Kühlflüssigkeit gespeist wird, befindet sich ein kleiner, von einem Temperaturmeßgeber It ausgefüllter Raum. Der Temperaturmeßgeber 11 ist z.B. ein elektrischer Widerstand mit bestimmter Temperaturabhängigkeil und ist über elektrische Leitungen 12 mit einem Temperaturregler 15 verbunden, dessen Sollwert vorzugsweise verstellbar ist, so daß verschiedene gewünschte Temperaturen konstant gehalten werden können. Hierzu weist der Temperaturregler als Stellglied ein elektrisch verstellbares Regelventil 14 auf, das in der Kühlflüssigkeitsleitung für z. B. flüssigen Stickstoff zum Transferbehälter 5 liegt. Die Ableitung des Kühlmittels aus dem Hohlraum 8 des Transferbehälters erfolgt über eine öffnung 13, durch welche auch die elektrischen Leitungen 12 führen, und ist hier nicht näher dargestellt, da sie unwesentlich ist. Natürlich könnte statt dessen auch eine Ableitung durch eine weitere, den Deckel 6 durchsetzende Leitung erfolgen. Wesentlich ist jedoch, daß die Kühlflüssigkeitsleitung 7 möglichst weit nach vorne in den Bereich der Verjüngung des dickeren Zylinders reicht, um eine möglichst wirkungsvolle Kühlung des vorderen dünnen Zylinders 9 mit dem Präparat zu erreichen.

Der Zylinder 2 ist mittels seines Drehgriffs 3 gegen die Hülse 1 verdrehbar, welche eine vordere Außenwandung 18 mit einer öffnung aufweist, durch die der dünnere Zylinder 9 in die Vakuumkammer reicht. In der Vorderseile des Kunststoffzylinders 2 befindet sich eine ringförmige Dichtung 20, die hier nur grob angedeutet ist. Eine ähnliche Dichtung 20 befindet sich auch an dem Ansatz 4, der gegen die Außenseite 21 der Vakuumkammer anliegt. Teilweises Herausziehen des Transferbehälters 5 ermöglicht ein Schließen der Vakuumschleuse durch Verdrehen des Zylinders 2. Der Zweck der Verdrehbarkeit des Transferbehälters 5 gegen den Zylinder 2 ist den F i g. 2 und 3 zu entnehmen. In diesen ist eine vorteilhafte Ausführungsart der Abdeckung des Raumes 10 zur Präparataufnahme dargestellt. Über den dünneren Zylinder 9, der das vordere Ende des Transferbehälters 5 bildet, ist eine genau passende Hülse 16 geschoben, die am hinteren Ende einen Vorsprung 17 aufweist. Der Vorsprung 17 greift in eine dazu vorgesehene, aber breitere radiale Ausnehmung in der Außenwandung 18 der Vakuumschleuse ein. Wird nun der Transferbehälter mittels des Hebels 27 um seine Längsachse verdreht, so kann die Hülse 16 diese Verdrehung nicht mitmachen. Die in der Hülse 16 vorgesehene öffnung 19, welche bisher über dem Raum 10 stand und diesen freigab, wird somit nach der Seite weggedreht und der Raum 10 durch die Hülse 16 abgedeckt. In diesem Zustand kann dann der Transferbehälter 5 der Vakuumkammer samt dem Präparat entnommen werden. Umgekehrt wird nach Einführen des Transferbehälters 5 in eine andere Vakuumkammer, die zu einem Behandlungs- oder Beobachtungsgerät gehört, der Raum 10 durch eine entgegengesetzte Drehung des Hebels 27 freigegeben. Die Hülse 16 ist mit dem dünneren Zylinder 9 gegen Längsverschiebung gekuppelt, z. 13. durch eine im Zylinder 9 vorhandene ringförmige Nut und einen in diese eingreifenden Vorsprung (Bolzen, Schraube, usw.) an der Innenseite der Hülse 16. Beim Einführen des Transferbehälters 5 in die Vakuumschleuse ist lediglich darauf zu achten, daß der Vorsprung 17 in die Ausnehmung der Außenwandung 18 eingreift, d.h. der Transferbehälter 5 in der

ίο richtigen Lage eingeschoben wird. Um diese Lage festzulegen, kann ein Anschlag oder ein Zeichen (Zeiger) am Ansatz 4 und am Transferbehälter 5 vorgesehen werden.

Es sind auch andere Ausführungsmöglichkeilen eines

Γι sclbstgekühlten Transferbehälters mit verschließbarem Raum zur Präparateaufnahme denkbar. So könnte der Raum 10 auch von der Hinterseite des Transferbehälters mittels eines der Länge nach durchgehenden dünnen stangenförmigen Stößels geöffnet und ver-

:>o schlossen werden, wie die Fig. 4 zeigt. Dort ist eine in der Längsachse angeordnete dünne Stange 22 mit einem Griff 23 an ihrem anderen Ende mit einer Hülse 24 fest verbunden, die in Längsrichtung verschiebbar auf dem kleineren Zylinder 9 sitzt und in der gezeichneten Lage die Aufnahmeöffnung 10 abdeckt. Wird die Stange 22 mittels des Betäligungsgriffes 23 bis zu dessen Anschlag an dem Deckel 6 nach rechts verschoben, so wird mit ihr auch die Hülse 24 nach rechts verschoben und gibt den Raum 10 frei, in dem der Präparatschnitt untergebracht

jo ist. Statt dessen könnte die Stange 22 aber auch nur verdrehbar und die Hülse 24 mit einer öffnung versehen sein (wie F i g. 2,3).

Eine weitere Ausführung zeigt die F i g. 5, wo die Stange 22 am rechten Ende anstelle einer Hülse nur eine flache Abdeckung 25 aufweist, die sich über den Raum 10 schieben läßt. Hierbei ist das rechte Ende des dünneren Zylinders 9 als ein halber Zylinder ausgeführt, so daß eine ebene Fläche 26 entsteht, auf der die Abdeckung 25 anliegt. Die Stange 22 besitzt vorteilhaft im Bereich des Raumes 10 einen Schlitz oder ein Loch, das den Raum 10 freiläßt. Ebenso lassen sich auch verschiedene Ausführungsformen des übrigen Teiles des Transfergerätes denken. So könnten z. B. anstelle eines mit Kühlflüssigkeit gespeisten einzigen Hohlraumes 8, deren mehrere vorhanden sein, die miteinander in Verbindung stehen können oder nicht, z. B. um rasch auf eine wesentlich geänderte Temperatur übergehen zu können, indem z. B. das eine Kühlmittel abgezogen und/oder eine ganz anders temperierte Flüssigkeit in die

so anderen Hohlräume eingeführt wird. Um ein Gefrieren dieser Heizflüssigkeit zu vermeiden, müßte diese unter entsprechend hohem Druck mit großer Geschwindigkeit durchgepreßt werden.

Ferner wäre es denkbar, statt einer Flüssigkeitshei zung einen elektrischen Heizwiderstand im Transferbe halter nahe seinem vorderen Ende vorzusehen, wöbe allerdings der Temperatur-Meßwertgeber noch weite: vorne, d.h. näher dem Raum für die Aufnahme dei Präparatschnittes anzuordnen wäre. Der Heizwider

W) stand könnte mit elektrisch steuerbarer Heizleistunf ausgeführt sein. Er könnte auch kurzzeitig start überlastet werden, um eine rasche Temperaturänderunj zu erhalten.

Weiter kann es vorteilhaft sein, den Transferbehältei

(,'■ als Ganzes mit einer möglichst geringen Wärmekapazi tat auszubilden und möglichst gut nach außen geger Wärmezu- oder -abfuhr zu isolieren. Zu diesem Zweckt könnte möglichst dünnwandiges Material geringe]

Wärmekapazität verwendet werden, das dennoch eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt, wie z. B. Aluminium.

Auch könnte der an den größten Zylinder des Transferbehälters 5 anschließende dünnere Zylinder 9 sowie z. B. auch der Übergangsteil aus zwei verschiedenen Materialien hergestellt sein, so daß der innere Teil als Wärmeleiter dient und der äußere als Wärmeisola-

tor. Zum Beispiel könnte der dünnere Zylinder 9 aus zwei solchen konzentrischen Teilen zusammengesetzt sein Auf diese Weise wird die Wärmekapazität des Transferbehälters im vorderen Teil auf ein Minimum herabgedrückl und damit die Wärmeträgheit auf das geringst mögliche Maß verringert, so daß eine rasche Temperaturregelung erzielt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

809636/325

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Transferieren eines tiefgekühlten Präparatschnittes, insbesondere eines Ultramikrotomschnittes, von einem Mikrotom oder einer Behandlungseinrichtung mit Kühlkammer und Vakuumschleuse zu einem ebenfalls mit Kühlkammer und Vakuumschleuse ausgestatteten Mikroskop, insbesondere Elektronenmikroskop, gekennzeichnet durch einen Transferbehälter (5) mit einem verschließbaren Raum (10) zur Aufnahme des Präparatschnittes, der mit einer mit flüssigem Gas arbeitenden Kühleinrichtung (7, 8, 14) verbunden und an die Vakuumschleuse (1, 2) des Mikrotoms bzw. der Behandlungseinrichtung und des Mikroskops angepaßt ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transferbehälter (5) stabförmig ausgebildet ist und einen an eine Kühlflüssigkeitsleitung (7) anschließbaren Hohlraum (8) sowie im Bereich seines vorderen Endes den verschließbaren Raum (10) aufweist, und daß die Länge des Transferbehälters (5) so bemessen ist, daß er im in eine Vakuumschleuse (1,2) eingesetzten Zustand aus dieser mit dem vorderen Ende in die Vakuumkammer eines Behandlungsgerätes, z. B. eines Elektronenmikroskops, hineinragt und als Objektträger dient.

3. Vorrichtung nach \nspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transferbehälter (5) als ein auf seinem Außenumfang mit Dichtungsringen versehener Hohlzylinder und daran anschließendem dünneren Zylinder (9) ausgebildet ist, der das vordere Ende des Transferbehälters (5) bildet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dünnere Zylinder (9) mindestens teilweise von einer den Zylinder (9) satt umschließenden und gegen diesen verdrehbaren Hülse (16) umgeben ist, die eine den verschließbaren Raum (10) entsprechende öffnung (19) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Transferbehälter (5) im eingesetzten Zustand relativ zur Vakuumschleuse (1, 2) um seine Längsachse verdrehbar angeordnet ist, und daß die Hülse (16) an ihrem dem Hohlzylinder zugewendeten Ende einen Vorsprung (17) aufweist, der in eine angepaßte Ausnehmung der Außenwandung (18) der Vakuumschleuse (1, 2) formschlüssig einfügbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Transferbehälter (5) in der Nähe seines vorderen Endes einen Temperaturmeßgeber (11) enthält, der mit einem Temperaturregler (15) verbunden ist, welcher ein Regelventil (14) in der Kühlflüssigkeitsleitung (7) steuert.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (8) des den Transferbehälters (5) bildenden Hohlzylinders an seinem hinteren Ende durch einen Deckel (6) verschließbar ist, durch den Kühlflüssigkeitsleitung (7) in den Hohlraum (8) hineinragt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch zur Längsachse des Transferbehähters (5) darin eine den Transferbehälter (5) der Länge nach durchsetzende Stange (22) mit einem Betätigungsgriff (23) an ihrem hinteren Ende längsverschiebbar oder verdrehbar gelagert ist, deren vorderes Ende mit der auf den dünneren Zylinder (9) längsverschiebbaren bzw. verdrehbaren Hülse (16) verbunden ist

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Transferbehälter (5) eine ihn der

Länge nach durchsetzende Stange (22) längsverschiebbar gelagert ist, deren vorderes Ende (25) als Abdeckung für den im vorderen Ende des Transferbehälters (5) ausgebildeten Raum (10) zur Aufnahme to des Präparatschnittes ausgebildet ist

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Transferbehälter (5) zusätzlich mittels eines elektrischen Heizwiderstandes oder einer zugeführten Heizflüssigkeit gesteuert heizbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Transferbehälter (5) insbesondere im Verbindungsbereich zwischen der Kühleinrichtung (7, 8) und seinem vorderen Ende aus einem wärmeleitenden Werkstoff mit geringer Wärmekapazität, z. B. Aluminium, besteht.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Ende des Transferbehälters (5) aus zwei konzentrischen Zylindern zusammengesetzt ist, deren innerer als guter Wärmeleiter und deren äußerer als Wärmeisolator ausgebildet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis jo 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumschleuse (1, 2) durch eine zylindrische Hülse (1) und einen darin abgedichtet verdrehbar gelagerten, aus thermisch isolierendem Werkstoff bestehenden Zylinder (2) gebildet ist, und daß der Transferbehälter (5) in

.!5 eine an den Außenumfang des Transferbehälters (5) angepaßte Ausnehmung des Zylinders (2) einsteckbar ist, weiche in einer bestimmten Drehstellung des Zylinders (2) mit einer öffnung zur Vakuumkammer des Behandlungsgeräts fluchtet.