DE3615714A1 - Mikrotom - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Mikrotom zum Herstellen von Präparaten geringer Schichtdicke mit einem auf- und abbewegbaren Präparatarm, dessen vorderes Ende einen mit Hilfe eines Vorschubantriebs in Richtung auf ein Messer verschiebbaren Präparathalter trägt, und mit einem den Vorschub erfassenden Sensor, der an einem rückgekoppelten Regelkreis für den Vorschubantrieb angeschlossen ist.

Ein derartiges Mikrotom ist in der älteren Patentan­ meldung P 35 00 596.3 beschrieben und verfügt über einen Vorschubantrieb, der einen Schrittmotor und einen Thermoexpansionsvorschub mit einer Heizpatrone auf­ weist. Das Messer des bekannten Mikrotoms ist in Vor­ schubrichtung des Präparatarmes verkippbar, um nach dem Absenken des Präparatarmes eine Aufwärtsbewegung ohne die Gefahr einer Beschädigung des Messers zu gestatten. Die zum Schutz der Schneidekante des Messers notwendige Retraktion erfolgt somit ausschließlich durch die Rückzugsbewegung des Messers.

Ausgehend von dem oben erörterten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Mikrotom der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die Rückstellpräzision im Verhältnis zur Vorschubpräzision wesentlich verbessert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Präparatarm gleitend in einem Keramikblock gelagert ist und durch einen in einer Ausnehmung im Keramikblock vorgesehenes Motormikrometer unter der Wirkung einer Rückholfeder vorschiebbar und rückziehbar ist.

Eine derartige Ausbildung des Vorschubantriebs gestat­ tet einen hochpräzisen Linearantrieb und eine ruckfreie Bewegung des Präparatarmes. Im Vergleich zu herkömm­ lichen Ultramikrotomen ist die Zahl der am Vorschub un­ mittelbar beteiligten beweglichen Elemente auf den Antrieb selbst (Motor-Spindelmikrometer) und den Prä­ paratarm beschränkt. Statt einer Vielzahl von Teilen sind somit lediglich zwei Teile beweglich.

Der gesamte Vorschubantrieb ist in einem monolitischen Block aus spongiöser Keramik verpackt. Der Keramikblock ist über ein Federlager beweglich an einem Lagerbock hoher Masse schwingungsfrei montiert.

Der mechanische Aufbau des Vorschubantriebs besteht aus dem erwähnten Keramikblock, dem darin eingebetteten computergesteuerten Präzisionsmikrometer mit opto-elek­ tronischer Ausgabe der präzisen Stellung der Mikro­ meterspindel, einem vorderen Lagerschild mit Teflon­ einsatz sowie dem Präparatarm aus Glaskeramik, der mit einem Teflonüberzug versehen ist. Zwischen dem vorderen Lagerschild und dem Keramikblock befindet sich eine Dehn- und Isolationsfuge aus graphitiertem PU-Schaum. Ihre Aufgabe ist es, die möglichen hohen Temperatur­ differenzen zwischen dem Objekt (-160° im Kryobetrieb) und dem Mikrotom (+20°) abzufangen und eine Bereifung des Keramikblocks zu unterdrücken.

Das Motormikrometer drückt über eine polierte Fläche auf den Präparatarm aus Glaskeramik. Eine Schrauben­ feder sorgt für einen sicheren Kraftschluß zwischen dem Präparatarm und dem Motormikrometer. Der Teflonüberzug des Präparatarms gleitet in einer Teflonführungshülse des vorderen Lagerschildes. Die Lagerinnenflächen sind so aufeinander abgestimmt und poliert, daß eine ruck­ freie Bewegung möglich ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Merkmale sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Mikrotom gemäß der Erfindung im Schnitt,

Fig. 2 den Vorschubantrieb in vergrößerter Dar­ stellung im Schnitt,

Fig. 3 eine Draufsicht auf das vordere Lagerschild des Vorschubantriebs,

Fig. 4 den Präparatarm des Vorschubantriebs in einer Seitenansicht,

Fig. 5 einen Schnitt durch den Schaft eines Präpa­ ratarmes und die den Schaft umgebende Teflon­ hülse und

Fig. 6 eine schematische Darstellung zur Veran­ schaulichung der Vorschub- und Retraktions­ bewegungen des Präparatarmes.

In Fig. 1 erkennt man schematisch im Schnitt den Aufbau eines Ausführungsbeispiels des Mikrotoms 1. Das Mikro­ tom 1 ruht auf Füßen 2, die eine untere Trägerplatte 3 abstützen. Auf der unteren Trägerplatte 3 ist eine Zwischenschicht 4 zur Dämpfung von Schwingungen aufge­ bracht, die die Unterlage für eine obere Trägerplatte 5 bildet.

Auf der oberen Trägerplatte 5 ist das Gehäuse 6 des Mikrotoms 1 aufgebaut. Das Gehäuse 6 hat eine Wandung aus einem Schichtwerkstoff, beispielsweise Polyste­ rol-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 beispielsweise etwa 30°C aufgeheizt wird.

In den Innenraum 8 des Gehäuses 6 ragt ein Thermosensor 9 hinein, der es gestattet, mit einer quasi-hysterese­ freien Proportionalregelung die Heizfolien 7 so zu steuern, daß die Temperatur im Innenraum 8 des Gehäuses 6 konstant bleibt. Auf diese Weise wird eine Stabili­ sierung der Umgebungsbedingungen im Innenraum 8 er­ zielt.

Im Innenraum 8 des Gehäuses ist auf der oberen Träger­ platte 5 ein Lagerbock 10 hoher Masse angeordnet, an dem ein Objektarm 11 über ein Federlager schwingungs­ frei beweglich montiert ist. Auf der Oberseite des Objektarmes 11 ist eine Lasche 12 mit einer Öffnung 13 befestigt, durch die ein Stahldraht 14 hindurchragt, mit dessen Hilfe der Objektarm 11 auf- und abbewegt werden kann. Der Stahldraht 14 ist mit seinem oberen Ende mit einer Scheibe 15 verbunden, die die Dreh­ bewegung einer in der Zeichnung nicht dargestellten Welle in eine Hubbewegung für den Objektarm 11 umsetzt.

Der Objektarm 11 enthält einen in den Fig. 2 bis 5 im Detail dargestellten Vorschubantrieb für einen Präpa­ ratarm 18, an dessen vorderem Ende ein Präparathalter 19 aus Keramik befestigt ist.

Im Bereich des Präparatarmes 18 ist im Gehäuse 6 ein Fenster 20 vorgesehen, das so gestaltet ist, daß Wärme­ strömungen vermieden werden.

Im Innenraum 8 ist weiterhin ein Lüfter 21 mit einem Motor 22 angeordnet.

Außerhalb des Gehäuses 6 ist im Bereich des Präparat­ halters 19 ein in der Zeichnung nicht dargestellter Sensor angeordnet. Durch Auswerten der Signale des Sensors ist es einem Rechner des Mikrotoms 1 möglich, die tatsächlichen Bewegungen des Präparathalters 19 zu erfassen. Ein solcher Sensor kann z.B. durch die Kapa­ zität zwischen der Stirnseite 28 einer Niete 29 aus Aluminium und einer leitenden Beschichtung auf dem Messer 31 des Mikrotoms 1 gebildet sein.

Das Messer 31 ist während des Schneidens feststehend, wobei die zum Schutz der Schneidkante 32 des Messers 31 notwendige Retraktion durch eine Rückzugsbewegung des Präparatarmes 18 ersetzt ist.

Das zu schneidende Präparat, das in Fig. 1 nicht dar­ gestellt ist, ist auf der Stirnseite 28 der Niete 29 oder dem Präparathalter 19 befestigt.

Das Glasmesser 31 ist in an sich bekannter Weise in der Halterung 33 in Längsrichtung des Präparatarmes 18 verschiebbar, was beispielsweise mit Hilfe einer Spin­ del 34 erreicht werden kann, die über ein Betätigungs­ rad 35 verdrehbar ist. Die Schneidkante 32 ist vorteil­ hafterweise in der Höhe angeordnet, die der Lage der Stirnseite 28 der Niete 29 entspricht, wenn der Präpa­ ratarm 18 in der Horizontalen liegt.

Der Objektarm 11 besteht aus einem Block 40 aus spongi­ öser Keramik, in dem die den Vorschub und die Retrak­ tion des Präparathalters 19 bewirkenden Teile unter­ gebracht sind.

Wie man in Fig. 2 erkennt, ist am in Fig. 2 linken Ende im Block 40, der im wesentlichen einen quadratischen Querschnitt besitzt, eine Aufnahmeausnehmung 41 für das bereits erwähnte Federlager vorgesehen. Die Arretierung der Feder des Federlagers erfolgt mit Schrauben 42, die sich durch den Block 40 bis zur Aufnahmeausnehmung 41 erstrecken.

Im Block 40 ist weiterhin eine Aufnahmeausnehmung 43 vorgesehen, in der mit Klemmschrauben 44 ein Motormi­ krometer 45 befestigt ist. Das Motormikrometer 45 ist über in der Zeichnung nicht dargestellte Leitungen, die sich durch einen Kabelschacht 46 erstrecken, mit dem Rechner des Mikrotoms 1 verbunden. Die Stellung der Mikrometerspindel, deren vorderes Ende 47 in Fig. 2 zu erkennen ist, wird vom Mikrometer 45 optoelektronisch erfaßt und digital ausgegeben. Das vordere Ende 47 der Mikrometerspindel besteht aus gehärtetem Stahl und dient als Stempel zur Verschiebung und zum Erzeugen eines Vorschubs für den Präparatarm 18. Das vordere Ende 47 der Mikrometerspindel des Motormikrometers 45 drückt über eine polierte Fläche auf den Präparatarm 18 aus Glaskeramik. Eine Schraubenfeder 48 ist mit ihren Enden so abgestützt, daß sie den Präparatarm 18 fest gegen das vordere Ende 47 der Spindel des computerge­ steuerten Motormikrometers 45 andrückt. Unter der Steuerung des Rechners kann daher mit Hilfe des Motor­ mikrometers 45 ein äußerst präziser Vorschub und Rück­ zug des Präparatarms 18 durchgeführt werden.

Der Präparatarm 18, dessen vorderes Ende mit dem Präpa­ rathalter 19 verbunden ist, hat einen runden Quer­ schnitt wie in Fig. 5 veranschaulicht ist. Der Länge nach ist der Präparatarm 18 mit einem Teflonüberzug 49 versehen, dessen äußere Gestalt im Querschnitt in Fig. 5 dargestellt ist. Wie man dort erkennt, hat der Tef­ lonüberzug 49 einen rautenförmigen Querschnitt.

Der Teflonüberzug 49 des Präparatarmes 18 ist in einer in den Fig. 2 und 3 dargestellten Teflonführungshülse 50 gleitend gelagert. Wie in Fig. 3 zu erkennen ist, hat die Teflonführungshülse 50 eine der Rautenform des Teflonüberzugs 49 angepaßte Ausnehmung 51, deren Sei­ tenwände 52 poliert sind. Durch die Seitenwände 52 sowie die Außenseiten 53 des Teflonüberzugs 49 sind Lagerflächen gebildet, die so aufeinander abgestimmt und poliert sind, daß eine ruckfreie Bewegung des Präparatarmes 18 erreicht wird.

Die Teflonführungshülse 50 weist einen Außendurchmesser auf, der dem Innendurchmesser der Aufnahme 43 ent­ spricht. Die in Fig. 2 erkennbaren Spalträume zwischen der zylinderförmigen Oberfläche der Teflonführungshülse 50 und der Innenseite der Aufnahmeöffnung sowie den Seitenwänden 52 der Ausnehmung 51 und den Außenseiten 53 des Teflonüberzugs 49 sind übertrieben groß darge­ stellt.

Um die hohen Temperaturdifferenzen zwischen dem Objekt von beispielsweise -160° im Kryobetrieb und dem Mikro­ tom in der Größenordnung von 20°C abzufangen und eine Bereifung des Blockes 40 zu vermeiden, ist der Block 40 auf der in Fig. 2 rechts dargestellten Seite mit einem vorderen Lagerschild 55 versehen, dessen Querschnitt dem Querschnitt des Blockes 40 entspricht. Der vordere Lagerschild 55 besteht ebenfalls aus spongiöser Keramik und ist über Schrauben 56 mit dem Block 40 verbunden. Zwischen dem Block 40 und dem vorderen Lagerschild 55 ist eine Dehnfuge 57 vorgesehen, die mit graphitiertem PU-Schaum 58 ausgefüllt ist. Wie man in Fig. 2 erkennt, erstreckt sich die Teflonführungshülse 50 über die gesamte axiale Länge des um einen Keramikkragen 59 verlängerten vorderen Lagerschilds 55.

In Fig. 4 ist der Präparatarm 18 mit seinem Anschlagfuß 60 sowie dem Teflonüberzug 49 und dem Präparathalter 19 gesondert dargestellt.

Das Messer 31 ist wie bereits erwähnt feststehend angeordnet, da auf diese Weise die erreichbare Rück­ stellpräzision im Verhältnis zur Vorschubpräzision bei einer Bewegung des Präparatarmes 18 wesentlich ge­ steigert werden kann. Die zum Schutz der Schneidkante 32 des Messers 31 notwendige Retraktion wird bei dem beschriebenem Mikrotom 1 nur noch durch eine Bewegung des Präparathalters 19 bzw. des Präparatarmes 18 be­ wirkt. Im Vergleich zu üblichen Ultramikrotomen ist die Zahl der am Vorschub unmittelbar beteiligten Elemente auf den Antrieb selbst (Motormikrometer 45) und den Präparatarm 18, d.h. nur zwei Teile beschränkt. In Verbindung mit der in der Zeichnung nicht dargestellten Steuerelektronik stellt die beschriebene Vorrichtung einen hochpräzisisen Linearantrieb für Ultramikrotome dar. Die gewählte Form des Teflonüberzugs 49 und der Teflonführungshülse 50 führt zu einer präzisen Seiten­ führung des Präparatarmes 18 und besonders guten Gleit­ eigenschaften.

Der Bewegungsablauf des Präparatarmes 18 bzw. des Präparathalters 19 ist in Fig. 6 dargestellt, wo man erkennt, daß ausgehend von einem Startpunkt zunächst eine Retraktion erfolgt. Im Anschluß daran wird der Präparathalter 19 angehoben und um eine Vorschubstrecke in Richtung auf das Messer 31 bewegt, wobei die Länge der Vorschubstrecke gleich der Summe der Absolutbeträge des Retraktionsweges, des eingestellten Vorschubes und des Korrekturweges ist, der sich durch eine Rückkopp­ lungsregelung ergibt, die sicherstellt, daß das zu schneidende Präparat nach jedem Schritt genau um den eingestellten Vorschub in Richtung auf das Messer 31 oder die Schneidkante 32 bewegt wird. Nach dem Schneid­ vorgang während einer Abwärtsbewegung des Präparat­ halters 19 erfolgt wiederum eine Retraktionsbewegung, die etwa um den Betrag des eingestellten Vorschubs vor der Retraktionsbewegung des vorhergehenden Schrittes endet, wie in Fig. 6 zu erkennen ist.

Claims (10)

1. Mikrotom zum Herstellen von Präparaten geringer Schichtdicke mit einem auf- und abbewegbaren Präparatarm, dessen vorderes Ende einen mit Hilfe eines Vorschubantriebs 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 gekennzeich­ net, daß der Präparatarm (18) gleitend in einem Keramikblock (40) gelagert ist und durch einen in einer Ausnehmung (43) im Keramikblock (40) vorge­ sehenes Motormikrometer (45) unter der Wirkung einer Rückholfeder (48) vorschiebbar und rück­ ziehbar ist.

2. Mikrotom nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Messer (31) feststehend ist.

3. Mikrotom nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Präparatarm (18) einen runden Schaftabschnitt aufweist, der von einem Teflonüberzug (49) umgeben ist.

4. Mikrotom nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Teflonüberzug (49) in einer Teflonführungshülse (50) gleitend verschiebbar ist.

5. Mikrotom nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Teflonführungshülse (50) in einem Lagerschild (55) angeordnet ist, das mit dem Keramikblock (40) unter Zwischenlage von Poly­ urethanschaum (58) verbunden ist.

6. Mikrotom nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Teflonführungshülse (50) eine im Querschnitt rautenförmige Ausnehmung (51) aufweist, und der Teflonüberzug (49) des Präparat­ armes (18) eine entsprechende Außengestalt hat.

7. Mikrotom nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Lagerschild (55) einen in Richtung auf das Messer (31) vorspringenden Kera­ mikkragen (59) aufweist.

8. Mikrotom nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Motor­ mikrometer (45) eine die Stellung der Mikrometer­ spindel erfassende optisch elektronische Vorrich­ tung aufweist, deren Ausgangssignal einem das Motormikrometer (45) steuernden Rechner zugeführt ist.

9. Mikrotom nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nach jedem Schnitt eine Re­ traktion des Präparatarmes (18) erfolgt.

10. Mikrotom nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ke­ ramikblock (40) über ein Federlager beweglich an einem Lagerbock (10) hoher Masse schwingungsfrei montiert ist.