DE3500596A1 - Mikrotom - Google Patents

Description

• Mikrotom
• Die Erfindung betrifft ein Mikrotom zum Herstellen von Präparaten geringer Schichtdicke mit einem auf- und abbewegbaren Präparatarm, dessen vorderes Ende einen mit Hilfe eines Vorschub antriebs in Richtung auf ein Messer vorschiebbaren Präparathalter trägt, und mit einem den Vorschub erfassenden Sensor, der an einem rückgekoppelten Regelkreis für den Vorschub antrieb angeschlossen ist.
• Ein derartiges Mikrotom ist aus der DE-PS 31 27 266 bekannt und enthält einen Mikroprozessor zur Auswertung von Signalen, die mit Hilfe einer Topfkreisschaltung oder einer Spulenanordnung gewonnen werden, welche am Präparatarm vorgesehen sind. Da der Präparatarm seitlich über den Ort der Sensoren zur Vorschuberfassung hinausragt, werden Einflüsse auf der von den Sensoren wegweisenden Seite des Präparatarmes nicht mehr erfaßt.
• Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Mikrotom der eingangs genannten Art zu schaffen, das sich durch eine verbesserte Präzision auszeichnet, die es gestattet unabhängig von der Umgebungstemperatur bei routinemäßigem Einsatz reproduzierbare Serienschichtdicken zu gewährleisten.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Sensor als kapazitiver Abstandssensor zwischen dem vorderen Ende des Präparathalters und dem Messer ausgebildet ist.
• Bei einem zweckmäßigen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Kondensator des kapazitiven Abstandssensors durch eine Niete am vorderen Ende des Präparathalters und eine leitende Beschichtung auf dem Messer realisiert. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• Dadurch, daß der Vorschub in unmittelbarer Nähe des Schneidortes ermittelt wird, ergibt sich eine wesentlich verbesserte Präzision. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Vorschub sowohl thermisch als Thermoexpansionsvorschub als auch mechanisch mit Hilfe eines Schrittmotor-Mikrometers mit digitaler Wegstreckenausgabe durchgeführt wird. In Schnittdickenbereichen von 0,1 ßm bietet sich der mechanische Vorschub an, während darunter der thermische Vorschub vorzuziehen ist. Die Thermosensibilität der Thermoexpansionsvorschübe erfordert eine Stabilisierung der Umgebungstemperaturen, was mit Hilfe eines Thermogehäuses mit eingebauter Heizeinrichtung erfolgt. Heizung und Kühlung werden über eine quasi hysteresefreie Proportionalregelung realisiert. Ein Lüfter dient dabei sowohl zur Kühlung als auch zur Rückstellung des Thermoexpansionsvorschubes.
• Durch das Konzept des Hybridantriebes sowie die Verlagerung des Antriebes in Präparatnähe, wobei der mechanische Antrieb ein digital kontrolliertes motorgetriebenes Mikrometer darstellt, werden auch im routinemäßigen Einsatz schnelle genaue Schnitte erzielt.
• Die Weglängenmessung über die Ermittlung der Kapazität zwischen dem Präparathalter, der Objektträgerniete, bzw. dem Präparat selbst und dem metallisierten Glasmesserrücken wird besonders dann genau, wenn die jeweils momentane Dielektrizität des Umgebungsmediums über einen neben oder unter dem Objekt befindlichen Referenzkondensator bestimmt wird.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 ein Mikrotom gemäß der Erfindung im Schnitt und Fig. 2 den vorderen Teil des Präparatarmes mit dem beschichteten Glasmesserrücken.
• In Fig. 1 erkennt man schematisch im Schnitt den Aufbau eines Ausführungsbeispiels des Mikrotom 1. Das Mikrotom 1 ruht auf Füßen 2, die einen unteren Träger 3 abstützen. Auf dem unteren Träger 3 ist eine Zwischenschicht 4 zur Dämpfung von Schwingungen aufgebracht, die die Unterlage für einen oberen Träger 5 bildet.
• Auf dem oberen Träger 5 ist das Gehäuse 6 des Mikrotoms 1 aufgebaut. Das Gehäuse 6 hat eine Wandung aus einem Schichtwerkstoff, beispielsweise Polysterol-Aluminium-Polysterol. Auf diese Weise ist das Gehäuse 6 thermisch nach außen gut isoliert, wenn mit Hilfe von Heizfolien 7 der Innenraum 8 des Gehäuses 6 auf etwa 30° C aufgeheizt wird.
• In den Innenraum 8 des Gehäuses 6 ragt ein Thermosensor 9 hinein, der es gestattet mit einer quasi-hysteresefreien Proportionalregelung die Heizfolien 7 so zu steueren, daß die Innentemperatur konstant bleibt. Auf diese Weise wird eine Stabilisierung der Umgebungsbedingungen im Innenraum 8 erzielt.
• Wie man in der Zeichnung erkennt, ist im Innenraum 8 des Gehäuses 6 auf dem oberen Träger 5 ein Lagerbock 10 angeordnet, in dem ein Präparatarm 11 verdrehbar gelagert ist. Auf der Oberseite des Präparatarmes 11 ist eine Lasche 12 mit einer Öffnung 13 befestigt, durch die ein Stahldraht 14 hindurchragt, mit dessen Hilfe der Präparatarm 11 auf- und abbewegt wird. Der Stahldraht 14 ist mit seinem oberen Ende mit einer Scheibe 15 verbunden, die die Drehbewegung einer in der Zeichnung nicht dargestellten Welle in eine Hubbewegung für den Präparatarm 11 umsetzt.
• Der Präparatarm 11 enthält in einer Heizkammer 16 mit einer Heizpatrone, mit deren Hilfe durch Aufheizen des Präparatarmes 11 ein Thermoexpansionsvorschub oder thermischer Objektvorschub erzielt werden kann. Neben diesem durch die thermische Längenausdehnung des Präparatarmes 11 bewirkten Feinvorschub wird ein weiterer Vorschub mit Hilfe eines Schrittmotors 17 erzeugt, der mit in der Zeichnung nicht dargestellten digitalen Steuerungselementen verbunden ist. Der Vorschub des Schrittmotors 17 und der thermisch bedingte Vorschub des Präparatarmes 11 übertragen sich auf eine Präparatarmverlängerung 18, die den Präparatarm 11 mit einem Präparathalter 19 aus Keramik verbindet.
• Im Bereich der Präparatarmverlängerung 18 ist im Gehäuse 6 ein Fenster 20 vorgesehen, das so gestaltet ist, daß Wärmeströmungen vermieden werden.
• Im Innenraum 8 ist weiterhin ein Lüfter 21 mit einem Motor 22 angeordnet, der sowohl zur Kühlung als auch zur Rückstellung des Thermoexpansionsvorschubes dient.
• Ein Sensor 23, der in der Nähe des vorderen Endes des Präparatarmes 11 angeordnet ist, stellt die objektnahe Temperatur am Vorschubsystem fest. Aufgrund dieser Temperatur ist es dem das Mikrotom 1 steuernden Rechner möglich, den Passivvorschub aufgrund der thermischen Expansion des Präparatarmes 11 zu bestimmen. Ein Quarzsensor 24 erzeugt ein Signal, das bei einer bestimmten festgelegten Amplitude von Schwingungen des Präparatarmes 11 den Schneidvorgang mit Hilfe der Steuerung des Rechners unterbricht.
• Außerhalb des Gehäuses 6 ist auf dem oberen Träger 5 bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ein Reflexsensor 25 angeordnet, der mit einem hochauflösenden Längenmaßstab 26 zusammenwirkt, welcher auf der zum Reflexsensor 25 weisenden Seite des Präparathalters 19 befestigt ist. Durch Auswerten der Signale des Reflexsensors 25 ist es dem Rechner des Mikrotoms 1 möglich, die tatsächlichen Bewegungen des Präparathalters 19 zu erfassen. Neben dieser Grobbestimmung des Vorschubs des Präparathalters 19 ist eine kapazitive Erfassung des Vorschubs mit Hilfe eines kapazitiven Abstandssensors 27 vorgesehen.
• Der Abstandssensor 27 wird durch die Kapazität zwischen der Stirnseite 28 einer Niete 29 aus Aluminium oder Silber oder dem Objekt selbst und einer leitenden Beschichtung 30 auf dem Glasmesser 31 gebildet. Die leitende Beschichtung 30 besteht beispielsweise aus einem Leitlack, der bis in die Nähe der oberen Schneidkante 32 auf der in Fig. 1 nach links weisenden Seite des Glasmessers 31 aufgetragen ist. Sowohl die die erste Elektrode bildenden Komponenten als auch die die zweite Elektrode bildende leitende Beschichtung 30 sind über in der Zeichnung nicht dargestellte Leitungen mit einer Kapazitätsauswerteschaltung verbunden, die ihrerseits den Rechner des Mikrotoms 1 speist. Die Kapazitätsauswerteschaltung kann beispielsweise aus einem in seiner Frequenz verstimmbaren Meßoszillator bestehen, dessen Ausgangsfrequenz vom Rechner ermittelt wird.
• Das zu schneidende Präparat, das in Fig. 1 nicht dargestellt ist, ist auf der Stirnseite 28 der Niete 29 oder dem Präparathalter 19 befestigt. Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung befindet sich in der Nähe des kapazitiven Abstandssensors 27 ein Referenzkondensator, der beispielsweise auf der oberen Trägerplatte 5 im Zwischenraum zwischen dem Reflexsensor 25 und der Halterung 33 für das Glasmesser 31 angeordnet sein kann.
• Das Glasmesser 31 ist in an sich bekannter Weise in der Halterung 33 in Längsrichtung des Präparatarmes 11 verschiebbar, was beispielsweise mit Hilfe einer Spindel 34 erreicht werden kann, die über ein Betätigungsrad 35 verdrehbar ist. Die Schneidkante 32 ist vorteilhafterweise in der Höhe angeordnet, die der Lage der Stirnseite 28 der Niete 29 entspricht, wenn der Präparatarm 11 in der Horizontalen liegt. Bei einem weiteren Absenken des Präparatarmes 11 erfolgt dann eine Abstandsvergrößerung zwischen der Stirnseite 28 und dem Glasmesser 31.
• Unter der Halterung 33 ist im oberen Träger 5 ein Schlitz 36 vorgesehen, um zu erreichen, daß der obere Träger 5 im Bereich der Halterung 33 etwas verbogen werden kann. Dies geschieht mit Hilfe eines im Schlitz 36 angeordneten Magneten 37, der bei einer Strombeaufschlagung eine geringe Torsion im oberen Träger 5 so bewirkt, daß die Schneidkante 32 etwas weiter von der Stirnseite 28 der Niete 29 elektrisch gesteuert zurückgezogen werden kann.
• In Fig. 2 ist der Präparathalter 19 mit der von ihm aufgenommenen Niete 29 vor dem Glasmesser 31 dargestellt, das die übertrieben stark gezeichnete leitende Beschichtung 30 trägt. Zwei Leitungen 38 veranschaulichen den elektrischen Anschluß des kapazitiven Abstandssensors 27 und gehen an den Steuereingang eines Meßoszillators.
• Beim Herstellen der Dünnschnitte wird beim Annähern des auf der Stirnseite 28 befestigten Präparates an die Schneidkante 32 die vom Abstandssensor 27 kapazitiv ermittelte Spaltbreite zum Rechner weitergeleitet. Je nach der Abweichung der Spaltbreite von der für die erwünschte Schnittdicke erforderlichen Spaltbreite (empirisch ermittelte Daten, die dem Rechner fest gespeichert zur Verfügung stehen) erfolgt eine Regelung durch Betätigen des Schrittmotors 7 oder Ansteuern der Heizpatrone in der Heizkammer 16. Bei einer anderen möglichen Regelungstechnik erfolgt die Erfassung des Vorschubes nach dem Schneiden, wenn die Niete 29 unterhalb der Horizontalen durch die Schneidkante 32 liegt.
• Die Kapazitätsmessung erfolgt dann in einer definierten Winkellage des Präparatarmes 11. Ausgehend von der in dieser Stellung ermittelten Kapazität erfolgt eine Steuerung der Heizpatrone in der Heizkammer 16 und/oder des Schrittmotors 17, wobei mit Hilfe des Magnetes 37 beim Hochbewegen des Präparatarmes 11 ein Zurückklappen der Schneidkante 32 bewirkt wird.
• - L e e r s e i t e -

Claims (11)

1. Mikrotom PATENTANSPRÜCHE 1. Mikrotom zum Herstellen von Präparaten geringer Schichtdicke mit einem auf- und abbewegbaren Präparatarm, dessen vorderes Ende einen mit Hilfe eines Vorschub antriebs in Richtung auf ein Messer vorschiebbaren Präparathalter trägt, und mit einem den Vorschub erfassenden Sensor, der an einem rückgekoppelten Regelkreis für den Vorschubantrieb angeschlossen ist, dadurch gek e n n z ei c h -n e t , daß der Sensor als kapazitiver Abstandssensor (27) zwischen dem vorderen Ende des Präparathalters (19) und dem Messer (31) ausgebildet ist.
2. 2 . Mikrotom nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek e n nze ich net, daß als erste Elektrode des Abstandssensors (27) eine Niete (29) vorgesehen ist, auf deren Kopf (28) das zu schneidende Präparat befestigt ist und deren Schaft in einen Präparathalter (19) aus Keramik hineinragt.
3. 3. Mikrotom nach Anspruch 1, dadurch gekennz e i c h n e t , daß als zweite Elektrode des Abstandssensors (27) eine leitende Beschichtung (30) auf dem Messer (31) vorgesehen ist.
4. 4. Mikrotom nach Anspruch 3, das durch g ek e nn -zeichn et , daß die Beschichtung (30) ein Leitlack ist, der auf der zum Präparathalter (19) weisenden Seite des aus Glas bestehenden Messers (31) aufgetragen ist.
5. 5. Mikrotom nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net , daß die Leitlackbeschichtung (30) bis in die Nähe der Schneidkante (32) des Glasmessers (31) reicht.
6. 6. Mikrotom nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h gek ennze ich ne t , daß die Niete (29) auf der zum Messer (31) weisenden Seite eine ebene Stirnfläche (28) aufweist.
7. 7. Mikrotom nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Niete (29) eine Aluminiumniete oder Silberniete ist.
8. 8. Mikrotom nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h gek en nzei ch n et , daß in der Nähe der Messerschneide (32) ein Referenzkondensator vorgesehen ist, der aus zwei im Abstand voneinander angeordneten Elektrodenstreifen besteht.
9. 9. Mikrotom nach Anspruch 1, dadurch gekennzeic hn et , daß der Vorschubantrieb ein Hybridantrieb aus einem Thermoexpansionsvorschub (16) und einem Schrittmotorvorschub (17) ist.
10. 10. Mikrotom nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die grobe Positionsbestimmung des Präparathalters (19) mit Hilfe eines durch ein Lichtbündel beleuchteten Reflexsensors (25) mit hochauflösendem Längenmaßstab (26) erfolgt.
11. 11. Mikrotom nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 5 oder 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als erste Elektrode ein elektrisch leitender Präparathalter (19) vorgesehen ist, auf dem die Probe befestigt ist.