DE3511700A1

DE3511700A1 - Umgekehrtes mikroskop

Info

Publication number: DE3511700A1
Application number: DE19853511700
Authority: DE
Inventors: Itaru Hachiouji Tokio/Tokyo Endo; Yasuo Inoue
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1984-03-29
Filing date: 1985-03-29
Publication date: 1985-10-03
Also published as: GB8508090D0; DE3511700C2; US4920053A; GB2160330B; GB2160330A; US4762405A; JPS60205411A

Description

PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER · D 4300 ESSEN 1 · AM RUHRSTEIN 1 · TEL.= (02 01) 4126 ^Seite /ff' O 171

Olympus Optical Co., Ltd. Hatagaya 2-4 3-2, Shibuya-ku, Tokyo, Japan

Umgekehrtes Mikroskop

Die Erfindung betrifft Mikroskope, und zwar insbesondere ein umgekehrtes Mikroskop mit einem Mikromanipulator.

Es ist bereits ein derartiges umgekehrtes Mikroskop bekannt, und zwar beispielsweise aus der Japanischen Patentveröffentlichung 53925/1982. Dabei ist, wie in Fig. 1 gezeigt, ein Mikromanipulator 2 in einen Kondensor 1 des Mikroskops integriert, so daß dann, wenn der Mikromanipulator 2 vertikal entlang der optischen Achse eines Objektivs 3 bewegt wird, seine Spitze in eine Zelle eindringt, die sich in einem Kulturbehälter 5 befindet, der auf einem Objektträger 4 angeordnet ist. In jüngster Zeit hat eine derartige Zellmanipulation an Bedeutung und Exaktheit zugenommen. Sie dient beispielsweise dazu, die Farbe eines Keims aus einem Ei innerhalb einer befruchteten Zelle einer Maus von der Farbe eines Keims aus einem Spermatozoon zu unterscheiden und lediglich den Keim aus dem Ei auszusaugen, und sie wird im Hinblick auf das Auflösungsvermögen durchgeführt unter einer Differential-Interferenz-Betrachtung. Bei der Einstellung des Mikromanipulators 2 oder bei der Handhabung einer Eizelle einer Kuh wird häufig eine vergleichsweise kleine Vergrößerung benutzt. Will man die Vergrößerung umschalten oder auf die Differential-Interferenz-Betrachtung übergehen, so ist es erforderlich, das Be-

leuchtungssystem, nämlich den Kondensor, anzubauen, abzubauen, zu ersetzen oder umzuschalten. Bei der vorliegenden bekannten Konstruktion jedoch kann das Beleuchtungssystem, nämlich der Kondensor 1, nicht in einfacher Weise angebaut, abgebaut, ersetzt oder umgeschaltet werden, da der Mikromanipulator 2 in den Kondensor 1 integriert ist.

Ferner ist ein umgekehrtes Mikroskop mit einem Mikromanipulator bekannt, dessen Konstruktion sich aus Fig. 2 ergibt. Fig. 2 zeigt einen Objektträger 10 des Mikroskops, einen Kulturbehälter 11, der auf dem Objektträger 10 angeordnet ist und Zellen 11a enthält, einen Kondensor 12 mit einer darin enthaltenen Ringblende 12a, ein Objektiv 13, das an einem Revolver 14 angeordnet ist und eine Phasenplatte 15 enthält, und einen Mikromanipulator 16, der über eine Halterung 17 an dem Objektträger 10 (bzw. an einem Teil des Mikroskopkörpers nahe dem Objektträger 10) befestigt ist und sich mit seiner gläserner Nadel 16a zu der Zelle 11a innerhalb des Kulturbehälters 11 erstreckt, also in die Nähe des Fokuspunktes des Mikroskops. Soll mit diesem umgekehrten Mikroskop beispielsweise ein sogenanntes Punktieren durchgeführt werden, bei dem die gläserne Nadel 16a des Mikromanipulators 16 in die Zelle 11a innerhalb des Kulturbehälters 11 eindringt, um die Zelle mit dem in der Kulturflüssigkeit enthaltenen Enzym zu imprägnieren, so wird selbst eine geübte Bedienungsperson nicht mehr als beispielsweise etwa 500 Zellen pro Stunde behandeln können, da die Positionen der jeweiligen Bedienungsteile von Mikromanipulator 16, Objektträger 10 und Vertikalsteuerung des Mikroskopkörpers in unterschiedlicher Weise voneinander entfernt liegen. Da außerdem die Bodenfläche des Kulturbehälters, insbesondere wenn dieser aus Plastik besteht, nicht eben ist und sich der Wuchs der Zellen nicht gleichförmig über die Bodenfläche des Kulturbehälters ausbreitet, nehmen die jeweiligen Zellen unterschiedliche Positionen in Richtung der optischen Achse ein,

so daß die Scharfeinstellung wegläuft, wenn man den Objektträger 10 in horizontaler Richtung bewegt. Daher wird es erforderlich, die Scharfeinstellung nachzustellen und die jeweiligen Bedienungsteile des Mikromanipulators 16 zu handhaben, um dessen gläserne Nadel 16a in die Nähe des Scharfeinstellungspunktes zu bringen. Die gesamte Bedienung wird dadurch äußerst kompliziert.

Dementsprechend liegt der Erfindung vor allem die Aufgabe zugrunde, ein umgekehrtes Mikroskop mit einem Mikromanipulator zu schaffen, das verschiedene sehr feine Manipulationen an einem mit dem Mikroskop zu betrachtenden Objekt in wirksamer Weise und bei einfacher Handhabung zuläßt, ohne daß ein Anbau, Abbau, Ersatz oder Umschalten des Beleuchtungssystems be- oder verhindert wird.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Mikromanipulator derart angeordnet ist, daß er in Verriegelung mit der vertikalen, in Richtung der optischen Achse erfolgenden, der Scharfeinstellung dienenden Bewegung des Objektivs vertikal bewegbar ist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Mikromanipulator nicht nur in Verriegelung mit dem Objektiv, sondern auch relativ zum Objektiv mindestens in Richtung der optischen Achse bewegbar.

Da erfindungsgemäß der Manipulator nicht in den Kondensor integriert ist, kann das Beleuchtungssystem und insbesondere der Kondensor ohne weiteres ersetzt oder beim Übergang auf eine Phasen-Kontrast-Mikroskopie bzw. auf eine Differential-Interferenz-Mikroskopie umgeschaltet werden, was beispielsweise für die Genbehandlung von Wichtigkeit ist. Wenn die Spitze der gläsernen Nadel des Mikromanipulators geringfügig

oberhalb des Scharfeinstellungspunktes, d.h., innerhalb des Tiefenschärfenbereichs, positioniert ist, so nimmt sie immer eine korrekte Stellung ein. Daher ist eine feine und exakte Manipulation in sehr wirtschaftlicher Weise möglich. Beispielsweise können etwa 1000 bis 2000 Zellen pro Stunde punktiert werden. Auch wird die Effizienz der Manipulation selbst dann nicht vermindert, wenn der Boden des Kulturbehälters nicht eben ist. Falls es im Zuge der Behandlung erforderlich wird, kann der gleiche Bewegungsmechanismus des konventionell verwendeten Manipulators benutzt werden, um lediglich dessen gläserne Nadel vertikal zu verstellen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren 3 und 4 der beiliegenden Zeichnung.

Fig. 3 zeigt eine erste Ausführungsform eines umgekehrten Mikroskops nach der Erfindung.

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform nach der Erfindung.

In Fig. 3 sind diejenigen Teile, die mit der bekannten Ausführungsform nach Fig. 2 übereinstimmen, mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet. Sie werden nicht näher erläutert.

Nach Fig. 3 ist ein Revolverhalter 18 vorgesehen, der schwenkbar den Revolver 14 trägt und zur Scharfeinstellung vertikal verschoben werden kann, und zwar durch Zusammenwirken einer Zahnstange 18a, die an dem Revolverhalter 18 befestigt ist, mit einem Ritzel 19, das durch die Betätigung einer nicht dargestellten, am Mikroskopkörper angeordneten Einrichtung zur Vertikaleinstellung drehbar ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Mikromanipulator 16 an dem Revolverhalter 18 über eine

Halterung 20 befestigt, wobei die gläserne Nadel 16a mit dem Körper des Mikromanipulators über einen T-förmigen Arm 16b in Verbindung steht. Die Spitze der Nadel liegt innerhalb des Tiefenschärfenbereichs des Scharfeinstellungspunktes, der sich auf der Zelle 11a innerhalb des Kulturbehälters befindet.

Wenn mit dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform beispielsweise das oben erwähnte Punktieren durchgeführt werden soll, bei dem die gläserne Nadel 16a in die Zelle 11a eindringt, um die Zelle mit dem in der Kulturflüssigkeit enthaltenen Enzym zu imprägnieren, so wird zuerst die nicht dargestellte, am Mikroskopkörper angeordnete Einrichtung für die Vertikalverschiebung betätigt, um das Ritzel 19 zu drehen und dadurch den Revolverhalter 18 vertikal zu verstellen, so daß eine Scharfeinstellung auf die im Kulturbehälter 11 befindliche, zu punktierende Zelle erfolgt. Sodann wird ein Vertikal-Antrieb 16c des Mikromanipulators 16 betätigt, um die Spitze von dessen gläserner Nadel 16a auf einen Punkt geringfügig oberhalb der Zelle 11a, also innerhalb des Tiefenschärfenbereichs, einzustellen. Wenn man anschließend die am Mikroskopkörper angeordnete Einrichtung zur Vertikalverstellung bedient, um den Revolverhalter 18 geringfügig nach unten zu bewegen, so wird in Verriegelung mit dieser nach unten gerichteten Verschiebung des Revolverhalters 18 auch die gläserne Nadel 16a des Mikromanipulators 16 nach unten bewegt. Sie dringt in die Zelle 11a ein, um diese zu imprägnieren. Wird dann die am Mikroskopkörper angeordnete Einrichtung zur Vertikalverstellung in ihre Ursprungsposition zurückgestellt, so kehren der Revolverhalter 18 und der Mikromanipulator 16 in ihre jeweiligen Stellungen, die sie vor der Abwärtsbewegung einnahmen, zurück. Man verschiebt sodann den Objekthalter 10 in horizontaler Richtung, so daß die als nächste zu punktierende Zelle in die optische Achse des Mikroskops gelangt. Anschließend wiederholt man den obigen Vorgang, um die Zelle zu punktieren. Es sei angenommen,

daß die Bodenfläche des Kulturbehälters nicht eben ist, daß sich der Wuchs der Zellen innerhalb des Kulturbehälters nicht gleichförmig über dessen Bodenfläche ausbreitet und daß daher die Positionen der jeweiligen Zellen in der optischen Achse voneinander abweichen. Wenn jedoch erfindungsgemäß die am Mikroskopkörper angeordnete Einrichtung zur Vertikalverstellung betätigt wird, um den Revolverhalter 18 vertikal zu verschieben und dadurch eine Scharfeinstellung auf das Objekt vorzunehmen, so verschiebt sich der Mikromanipulator 16 in Verriegelung mit der vertikalen Bewegung des Revolverhalters 18 ebenfalls in vertikaler Richtung, wobei sich die Spitze der gläsernen Nadel 16 immer geringfügig oberhalb des Scharfeinstellungspunktes befindet, also innerhalb des Tiefenschärfenbereichs. Selbst wenn also die Lage der Zelle in Richtung der optischen Achse abweicht, so wird durch die Scharfeinstellung die Spitze der gläsernen Nadel 16a des Mikromanipulators 16 immer in die korrekte Position gebracht. Auch kann durch Verwendung der Ringblende 12a im vorderseitigen Brennpunkt des Kondensors 12 und der Phasenplatte 15 im rückwärtigen Brennpunkt des Objektivs 13 eine Phasen-Kontrast-Mikroskopie durchgeführt werden. Geht man also in dieser Weise vor, so läßt sich eine Manipulation, wie etwa ein Punktieren, derart durchführen, daß man den Vertikal-Antrieb 16c des Mikromanipulators 16 betätigt.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform nach der Erfindung, mit der eine Differential-Interferenz-Mikroskopie möglich ist. Im Linsenstutzen des Kondensors 12 sind ein Polarisator 21 und ein Nomarski-Prisma eingebaut. Ferner sind ein Nomarski-Prisma 23 und ein Analysator 24 in einem Einsatz 25 auf der rückwärtigen Seite des Objektivs 13 integriert. Im übrigen stimmt die Anordnung mit der Ausführungsform nach Fig. 3 überein. Gemäß Fig. 4 geht das Beleuchtungslicht durch den Polarisator 21 und das Nomarski-Prisma 22 hindurch, beleuchtet dann durch den

Kondensor 12 die Zelle 11a innerhalb des Kulturbehälters 11, durchdringt das Objektiv 13 und dann das Nomarski-Prisma 23 sowie den Analysator 24 innerhalb des Einsatzes 25 und wird schließlich in das Okularsystem eingeleitet. Die Feinstruktur der Zelle 11a innerhalb des Kulturbehälters 11 kann also als Interferenzbild mit Interferenzkontrast und dreidimensionalem Eindruck betrachtet werden, ähnlich dem Reliefeffekt einer Schattierung beispielsweise in einem Elektronenmikroskop. Die Ausführungsform nach Fig. 4 ist also insbesondere im Hinblick auf Helligkeit, Auflösungsvermögen und Kontrast vorteilhaft im Falle einer Manipulation, bei der beispielsweise eine Injektion in den vorderen Keimabschnitt der Zelle vorgenommen wird.

In der obigen Beschreibung wurde als mögliche Manipulation das Punktieren von Zellen innerhalb eines Kulturbehälters beschrieben, der auf dem Objektträger angeordnet ist. Ersichtlich kann die vorliegende Erfindung auch auf ein umgekehrtes Mikroskop mit einem Mikromanipulator Anwendung finden, das nicht nur dem oben beschriebenen Einsatz dient, sondern sich für verschiedene andere minutiöse Manipulationen an zu betrachtenden Objekten auf dem Objektträger eignet. Der Mikromanipulator ist direkt am Revolverhalter befestigt. Er kann jedoch auch an einem anderen Teil der Vorrichtung angeordnet und so ausgebildet sein, daß er sich in Verriegelung mit der vertikalen, in Richtung der optischen Achse erfolgenden Bewegung verschiebt, die der Scharfeinstellung des Revolverträgers oder des Objektivs dient.

Claims

PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER · D 43OO ESSEN 1 · AM RUH«STEIN 1 ·" TfL.: (05Ql) 4126S7 Olympus Optical Co. Ltd. Patentansprüche 3511700

1. Umgekehrtes, mit einem Mikromanipulator versehenes Mikroskop zum Betrachten von auf einem Objektträger angeordneten Objekten durch ein Objektiv von unterhalb des Objektträgers aus und zum Durchführen verschiedener feiner Manipulationen an dem zu betrachtenden Objekt,

dadurch gekennzeichnet , daß der Mikromanipulator (16) derart angeordnet ist, daß er in Verriegelung mit der in Richtung der optischen Achse erfolgenden, der Scharfeinstellung dienenden Bewegung des Objektivs (13) bewegbar ist.

2. Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß I

r der Mikromanipulator (16) mindestens in Richtung der optischen ·* Achse relativ zum Objektiv (13) bewegbar ist.

3. Mikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Revolver (14) mit einem Zusatz (21, 22, 23, 24) ausrüstbar ist, um eine Differential-Interferenz-Mikroskopie zu ermöglichen.