DE4423935C2 - Küvette zur mikroskopischen oder makroskopischen Beobachtung einer biologischen Probe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Küvette zur mikroskopischen oder makroskopischen Beobachtung einer biologischen Probe, vorzugs­ weise von Kleinlebewesen, und zwar unter Schwerelosig­ keit. Diese Kultur- und Beobachtungsküvetten dienen insbesondere der lichtoptischen Untersuchung kleiner lebender Proben, wie Einzeller, Zell- und Gewebekultu­ ren, sowie kleiner Vielzeller bzw. Frühstadien von Vielzellern bei einem Aufenthalt im Weltraum von bis zu mehreren Wochen.

Im Rahmen der biologischen Schwerelosigkeitsforschung in bemannten und unbemannten Raumfahrzeugen ist es heute üblich, pflanzliche und tierische ein- und viel­ zellige Systeme hinsichtlich ihrer spezifischen Reak­ tionen unter annähernder Schwerelosigkeit ("0-g") mit Hilfe lichtoptischer Methoden zu untersuchen. Typische Instrumente hierfür sind makro- und mikroskopische Ver­ fahren, wie sie im Labor auf der Erde üblich sind. Hin­ zu kommen neuerdings sogenannte Niedergeschwindigkeits­ zentrifugen-Mikroskope. Für alle diese Arten der Makro- und Mikroskopie sind spezielle Probenküvetten erforder­ lich, die sowohl die Kultur der lebenden Proben als auch deren optische Untersuchung erlauben.

Ein vollautomatisches Mikroskop mit Probenteil zur Untersuchung lebender Zellen unter 0-g wurde 1973 von der NASA im Skylab eingesetzt. Eine derartige Einheit von Mikroskop und Probenbehälter ist seither nicht mehr zum Einsatz gekommen. An Bord der Space-Shuttles der NASA hat man sich seither nur noch der manipulativen Fähigkeiten von Astronauten für derartige Untersuchun­ gen bedient; d. h. an der Schnittstellen zwischen Mikroskop und Proben ist ein Astronaut beteiligt. Die Abkehr von der Vollautomatisierung potenziert die Ein­ satzmöglichkeiten sowohl auf der Seite des licht­ optischen Beobachtungssystems, als auch Ausführung und Besatz der Probenbehälter, sowie die Zahl der voneinan­ der unabhängigen Untersucher. Teilautomatisierung und Regelung können jetzt in beliebigem Ausmaß, vor allem auf der Seite des lichtoptischen Beobachtungssystems, aber auch völlig unabhängig davon, nämlich auf der Seite der Probenbehälter, stattfinden.

Eine der wichtigsten Voraussetzungen für die licht­ optische Beobachtung biologischer Proben bei einem Raumflug ist die Manipulation einer Probe in der Art, daß sie sich zu einem möglichen oder gewünschten Zeit­ punkt in einem geeigneten Entwicklungszustand befindet. Das erfordert häufig eine völlige Abkehr von den nor­ malerweise im Labor auf der Erde angewandten Verfahren. Lösungsmöglichkeiten sind der Einsatz bestimmter Tempe­ raturregime oder von halbautomatisierten Probenbehäl­ tern, die eine passive oder aktive Beeinflussung des physikochemischen Milieus, dem die Proben ausgesetzt sind, zulassen.

Aus US 2 942 520, von der im Obergriff des Anspruchs 1 ausgegangen wird, ist eine Küvette zur mikroskopi­ schen oder makroskopischen Beobachtung einer biologi­ schen Probe bekannte. Diese Küvette weist zwei als Platten ausgebildete Gehäusehälften auf, welche beidseitig eines eine durchgehende Aussparung aufweisenden Dichtelementes aus einem durch Injektionsnadeln durchstechbaren Material angeordnet sind. Die Aussparung des Dichtelements defi­ niert den Aufnahmeraum für die zu untersuchende Probe. Zum Einbringen der Probe in den Aufnahmeraum wird eine erste Injektionsnadel durch das Dichtelement hindurch­ gestochen, wobei der sich im Aufnahmeraum bei Injektion der Probe bildende Überdruck über eine zweite Injek­ tionsnadel, die ebenfalls durch das Dichtelement hin­ durchgestochen ist, abgeführt wird. Die bekannte Küvet­ te ist nicht zum Einbringen von Probenflüssigkeiten oder sonstigen Lösungen in den Aufnahmeraum unter Be­ dingungen der Schwerelosigkeit geeignet.

Aus DE 39 24 701 A1 ist ein Mikroskopinkubator zur mikroskopischen Langzeitbeobachtung von Zellkulturen bekannt. Auch bei diesem Inkubator ist das Einbringen von Substanzen in den Beobachtungsraum unter Schwere­ losigkeit problematisch bzw. nicht vorgesehen.

Schließlich ist aus DE 78 12 186 U1 eine Objektträger­ kammer mit zwei Gehäuseteilen bekannt, zwischen denen ein Dichtring angeordnet ist. Die beiden Gehäuseteile bilden einen Aufnahmeraum für eine Probe, die mittels einer Injektionsnadel einbringbar ist. Hierzu wird die Injektionsnadel durch den Dichtring hindurchgestochen. Der beim Einbringen der Probe bzw. einer anderen Flüs­ sigkeit in den Aufnahmeraum entstehende Überdruck wird über eine zweite Injektionsnadel, die sich ebenfalls durch die Dichtung erstreckt, abgeführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Küvette zur mikroskopischen oder makroskopischen Beobachtung einer biologischen Probe (vorzugsweise Kleinlebewesen unter Schwerelosig­ keit) zu schaffen, die es ermöglicht, eine biologische Probe nach Zusammenbringen mit einer wäßrigen Lösung unter Bedingungen der Schwerelosigkeit zuverlässig mikroskopisch oder makroskopisch zu beobachten.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Küvette mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschla­ gen. Die Merkmale vorteilhafter Ausgestaltungen sind jeweils in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Küvette ist der Aufnahmeraum des Gehäuses in einen im folgenden "Beobachtungsraum" genannten Teil und einen im folgenden "Vorratsraum" bezeichneten Teil unterteilt. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen den beiden Gehäusehälften eine Zwischenwand angeordnet, die sich bis zwischen die Dichtungsflächen der Gehäusehälften erstreckt. Die Zwi­ schenwand erstreckt sich darüber hinaus zweckmäßiger­ weise auch bis in einen Durchgangskanal hinein, wo sie an einem diesen verschließenden Verschlußkörper, insbe­ sondere aus biologisch inertem Silikongummi, anliegt. Damit wird auch der innenliegende Anteil des Durch­ gangskanals bis zum Verschlußkörper (innerer Durch­ gangskanal) durch die Zwischenwand zweigeteilt, so daß zwei innere Durchgangskanäle entstehen, die zu den bei­ den Räumen, nämlich dem Beobachtungsraum und dem Vor­ ratsraum führen. In der Zwischenwand, und zwar vorzugs­ weise in dem sich in den inneren Durchgangskanälen erstreckenden Bereich der Zwischenwand, ist mindestens eine Verbindungsöffnung ausgebildet, die für eine Strö­ mungsverbindung sowohl für die Gas- als auch für die Flüssigkeitsanteile der Probe sorgt.

Zur Überführung einer Flüssigkeit (wäßrige Lösung) aus dem Vorratsraum in den die Probe beinhaltenden Beobach­ tungsraum, in dem sich vorzugsweise das Beobachtungs­ fenster befindet, ist vorgesehen, daß im Vorratsraum ein Kolben angeordnet ist, der dicht an den den Vorratsraum begrenzenden Wänden und gleitend ver­ schiebbar im Vorratsraum angeordnet ist. Aus dem Gehäu­ se herausgeführt ist ein Betätigungsorgan für den Kol­ ben, das sich durch den entsprechenden Durchgangskanal und den Verschlußkörper hindurch erstreckt. Bei Betäti­ gung des Kolbens mittels des Betätigungsorgans wird die wäßrige Lösung (beispielsweise Nährlösung mit Zell- und Gewebekulturen, biochemische Aktivatoren oder chemische Fixation) aus dem Vorratsraum über die Verbindungsöff­ nung in den Beobachtungsraum umgefüllt.

Zwecks Druckausgleichs im Beobachtungsraum beim Ein­ bringen eines Probenanteils über die Verbindungsöffnung aus dem Vorratsraum sind in der Zwischenwand mehrere Übertrittsöffnungen ausgebildet, die ein Überströmen von Flüssigkeit und/oder ein Entweichen von Gas aus dem Beobachtungsraum zurück in den Vorratsraum in den Be­ reich hinter den Kolben ermöglichen. Bei Gas im Be­ obachtungsraum können andere Bestandteile der Probe, insbesondere Flüssigkeit, nur verzögert über die Über­ trittsöffnungen aus dem Beobachtungsraum entweichen. In diesem Fall sind in der Zwischenwand mehrere derartiger Übertrittsöffnungen vorgesehen, da im schwerelosen Zu­ stand beim Umpumpen der Probe vom Vorratsraum in den Beobachtungsraum nur zu Beginn der Umhüllung eine sym­ metrische (Flüssigkeits-)Front des umgefüllten Proben­ materials vorliegt. Unter Schwerelosigkeit lassen sich nämlich die beiden Phasen Gas und Flüssigkeit nicht voneinander trennen. Damit die Entlüftung des Beobach­ tungsraums während des gesamten "Umpump-Vorganges" ge­ währleistet ist, sind die Entlüftungsöffnungen in Be­ wegungsrichtung des Kolbens oder in der "Strömungs­ richtung", in der der Probenanteil in den Beobachtungs­ raum eindringt, verteilt in der Zwischenwand angeord­ net, damit auch dann, wenn die in Strömungsrichtung ersten Übertrittsöffnungen durch Flüssigkeit verschlos­ sen sind, noch nicht verschlossene Übertrittsöffnungen vorhanden sind. Durch entsprechende Wahl der Positionen der Übertrittsöffnungen in Strömungsrichtung und quer dazu kann für eine gewisse Vergleichmäßigung der "Strö­ mungsfront" gesorgt werden.

Nach dem Umpumpen befindet sich die wäßrige Lösung zu­ sammen mit der Probe im Beobachtungsraum, während der in Beobachtungsrichtung dahinterliegende Vorratsraum von Gas und Flüssigkeit erfüllt ist. Es läßt sich aber nicht verhindern, daß die Innenwand des Vorratsraums mit Flüssigkeit beschlagen ist. Das Beschlagen der Innenwände des Vorratsraums mit Flüssigkeit kann jedoch den mikroskopischen Strahlengang beeinträchtigen. Des­ halb wird bei der Erfindung dafür gesorgt, daß sich in dem durch den Kolben von der Durchgangsbohrung abge­ trennten Teil des Vorratsraums (Teil des Vorratsraums hinter dem Kolben bei Betätigung desselben zwecks Über­ führung des flüssigen Probenanteils) Flüssigkeit in ausreichender Menge befindet. Bei dieser Flüssigkeit handelt es sich um den Teil der wäßrigen Lösung, der beim Umpumpen durch die Übertrittsöffnungen aus dem Beobachtungsraum in den hinter dem Kolben befindlichen Teil des Vorratsraums fließt. Durch Kleinhalten des mit Gas (Luft) gefüllten Volumens des Beobachtungsraums im Verhältnis zum Volumen des Vorratsraums ist damit die Menge an Flüssigkeit im in Verschiebungsrichtung des Kolbens hinter diesem angeordneten Teil des Vorrats­ raums nach dem Bewegen des Kolbens in Richtung auf die Durchgangsbohrung damit wesentlich vergrößert, so daß es im Beobachtungsbereich nicht mehr zu einem Be­ schlagen der Innenwände kommt, weshalb Störungen des mikroskopischen Strahlengangs verhindert werden.

Die erfindungsgemäße Küvette weist vorzugsweise ein Gehäuse aus einem polierfähigen und optisch transparen­ ten sowie für die Probe inerten Material auf, bei dem es sich beispielsweise um ein Kunststoffmaterial wie Macrolon, Polystyrol oder Plexiglas handelt, wobei das Material des Gehäuses insbesondere physiologisch inert ist. Für die Untersuchung von weißlichtempfindlichen Proben kann auch rotgefärbtes Material, beispielsweise rotes Plexiglas verwendet werden. Das Gehäuse besteht konstruktiv aus zwei Gehäusehälften, die vorzugsweise als flache Schalen mit einander zugewandten Vertiefun­ gen ausgebildet sind. In dem Gehäuse ist der zweige­ teilte Aufnahmeraum ausgebildet. Im zuvor genannten Spezialfall wird dieser Aufnahmeraum von den beiden Vertiefungen gebildet. Jede Gehäusehälfte ist mit einer Dichtfläche versehen, wobei die beiden Dichtflächen der Gehäusehälften einander zugewandt sind und sich zwi­ schen den beiden Dichtflächen neben der Trennwand eine Dichtung befindet. Bei dieser Dichtung handelt es sich zweckmäßigerweise um einen Dichtungsmaterialfilm aus einem flüssigen bis viskosen Material. Vorteilhafter­ weise wird als Dichtung eine Silikonpaste (Baysilone von der Firma Bayer) eingesetzt. Hierbei wird zur Ab­ dichtung der beiden Gehäusehälften die Adhäsionswirkung ausgenutzt. Die beiden Dichtflächen sind dabei plan ausgebildet. Die Silikonpaste ist ein nicht wasserlös­ liches viskoses Material, was auch in der Isolatortech­ nik eingesetzt wird.

Die Zugänglichkeit des Probenraums von außen wird vor­ zugsweise durch mindestens einen Durchgangskanal ge­ währleistet, der in einer Gehäusehälfte oder, zweige­ teilt, zwischen den beiden Gehäusehälften ausgebildet ist. In dem Durchgangskanal ist ein Verschlußkörper, insbesondere ein Septum aus Silikongummi, eingesetzt. Der Verschlußkörper bzw. das Material, aus dem der Ver­ schlußkörper besteht, hat die Eigenschaft, ein Manipu­ lationswerkzeug, das durch den Verschlußkörper hin­ durchgeschoben wird, dicht zu umschließen. Als Manipu­ lationswerkzeuge kommen insbesondere längliche Gerät­ schaften wie Injektionsnadeln in Frage. Mit Hilfe die­ ser Art von Verschlußkörper ist es möglich, eine Probe in den Aufnahmeraum einzubringen oder in den Aufnahme­ raum, in dem sich bereits eine Probe befindet, ein be­ stimmtes Mittel einzubringen, um das weitere Verhalten der Probe zu untersuchen. In beiden Fällen muß beim Einbringen der Probe bzw. einer zusätzlichen Flüssig­ keit oder sonstigen Materie für eine Entlüftung des Aufnahmeraums gesorgt werden, was zweckmäßigerweise durch eine (zweite) sich durch den Verschlußkörper hin­ durch erstreckende Injektionsnadel erfolgt. Die Injek­ tionsnadeln werden also vorzugsweise nach dem Zusammen­ bau der Küvette durch den bereits positionierten Ver­ schlußkörper eingeführt (gestochen) und aus diesem nach der Behandlung wieder herausgezogen. Auch bei einer anderen Art der Befüllung der Küvette ist die Verwen­ dung eines wie oben beschriebenen Verschlußkörpers von Vorteil. Nachdem der Aufnahmeraum nämlich bei noch nicht verschlossenem Durchgangskanal befüllt worden ist, kann der Durchgangskanal mittels des Verschlußkör­ pers samt sich durch diesen erstreckender Injektions­ nadel verschlossen werden. Im Anschluß daran wird die Injektionsnadel herausgezogen und der Durchgangskanal ist wieder dicht verschlossen. Das Material des Ver­ schlußkörpers macht es nämlich möglich, daß der dichte Verschluß auch nach Herausziehen des Manipulationswerk­ zeuges noch gewährleistet ist.

Nachfolgend wird anhand der Figuren ein Ausführungs­ beispiel der Erfindung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 und 2 eine Draufsicht und einen Längsschnitt durch eine Kultur- und Beobachtungsküvette gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, mit in einen Beobachtungsraum und einen Vorratsraum unterteiltem Aufnahmeraum.

Anhand der Fig. 1 und 2 wird nachfolgend ein Ausfüh­ rungsbeispiel einer Kultur- und Beobachtungsküvette näher beschrieben. Die in Draufsicht in Fig. 1 gezeigte Küvette 50 ist, wie sich aus Fig. 2 ergibt, mit einem zweiteiligen Gehäuse 52 versehen, das eine obere Ge­ häusehälfte 54 und eine untere Gehäusehälfte 56 mit einer dazwischenliegenden Trennwand 57 aufweist. Zwei Vertiefungen 58, 60 in den beiden Gehäusehälften 54, 56 bilden einen Aufnahmeraum der Küvette 50, der durch die Trennwand 57 in einen Vorratsraum 61 und in einen Beobachtungsraum 63 unterteilt ist. Die Trennwand 57 erstreckt sich bis in einen Durchgangskanal 64 hinein, in dem ein Verschlußkörper 66 angeordnet ist, der aus einem Silikongummiseptum besteht. Die Trennwand 57 grenzt bis an diesen Verschlußkörper 66 an und er­ streckt sich im übrigen bis zwischen die beiden Gehäusehälften 54, 56. In diesen Randbereichen befindet sich die Trennwand 57 zwischen den einander gegenüber­ liegenden planen und parallelen Dichtungsflächen 70 der beiden Gehäusehälften 54, 56, wobei zwischen den jewei­ ligen Dichtungsflächen 70 und der Trennwand 57 als Dichtungsmittel wiederum hochviskose wasserunlösliche Silikonpaste angeordnet ist.

In der zusammen mit der Trennwand 57 den Beobachtungs­ raum 63 bildenden oberen Gehäusehälfte 54 ist durch Planschliff derselben ein Beobachtungsfenster 72 mit einer zentralen Durchbrechung 74 ausgebildet, die von einer innenliegenden semipermeablen Membran 76 ver­ schlossen ist. Diese Membran 76 ist für Kleinmoleküle (O₂, CO₂) durchlässig. Die Membran 76 ist durch einen Spannring 78 gehalten, der innen an den die Vertiefung in der oberen Gehäusehälfte 54 begrenzenden Seiten­ flächen mit Kraft anliegt. Durch das Beobachtungs­ fenster 72 läßt sich die Probe im Beobachtungsraum 63 in Richtung des Pfeils 80 beobachten (mit bloßem Auge oder mit lichtoptischen Systemen, wie beispielsweise Mikroskopen).

In dem Vorratsraum 61, der in Richtung des Pfeils 80, also in Beobachtungsrichtung betrachtet, hinter dem Beobachtungsraum 63 angeordnet ist, befindet sich ein Kolben 82, der verschiebbar und dicht in dem Vorrats­ raum 61 angeordnet ist. An dem Kolben 82 ist ein Betä­ tigungsorgan 84 zum Bewegen des Kolbens 82 befestigt. Das Betätigungsorgan 84 ist ein Kunststoff-Kapillar­ schlauch, der durch eine Durchgangsbohrung 86 im Kolben 82 hindurchgeführt ist. Das aus dem Kolben 82 heraus­ ragende eine Ende des Kapillarschlauchs ist klemmend im Kolben 82 festgelegt, indem in das Ende ein Glaskonus 88 eingesteckt ist. Der Kapillarschlauch (Betätigungsorgan 84) erstreckt sich ausgehend vom Kolben 82 durch den Vorratsraum 61 und weiter durch den Durchgangskanal 64 sowie den Verschlußkörper 66 bis außerhalb des Ge­ häuses 52. Durch Ziehen an dem außerhalb des Gehäuses 52 liegenden Ende des Kapillarschlauches wird der Kol­ ben 82 (einmalig) aus einer Ausgangsposition, in der er sich an dem dem Verschlußkörper 66 abgewandten Ende des Probenraums 61 befindet, in eine Endposition gebracht, in der der Kolben 82 dem Durchlaßkanal 64 bzw. dem Ver­ schlußkörper 66 zugewandt ist.

Im sich in den Durchlaßkanal 64 erstreckenden Bereich der Trennwand 57 ist eine Verbindungsöffnung 90 ausge­ bildet, über die der Probenraum 61 mit dem Beobach­ tungsraum 63 verbunden ist. Durch Ziehen an dem Betäti­ gungsorgan 84 wird durch den Kolben 82 Probenflüssig­ keit aus dem Vorratsraum 61 über die Verbindungsöffnung 90 in den Beobachtungsraum 63 "gepumpt". Zur Druckent­ lastung des Beobachtungsraums 63 sind in der Trennwand Übertrittsöffnungen 92 ausgebildet, die durch Ausbil­ dung mit einem kleinen Durchmesser bevorzugt für die Gasphase im Beobachtungsraum 63 durchlässig sind, für die Gasphase also einen wesentlich geringeren Strö­ mungswiderstand als für die Flüssigkeitsphase bilden. Wie man insbesondere anhand von Fig. 1 erkennen kann, sind diese Übertrittsöffnungen 92, über die der Be­ obachtungsraum 63 mit dem Vorratsraum 61 verbunden ist, verteilt über die dem Verschlußkörper 66 abgewandte Hälfte der Trennwand 57 angeordnet. Auf die Funktion der Übertrittsöffnungen 92, die derart im Querschnitt bemessen sind, daß im wesentlichen nur Gaskomponenten hindurchgelassen werden, wird nachfolgend eingegangen.

Ein besonderes Problem im schwerelosen Zustand ist die Trennung der Gas- von der Flüssigphase beim Austausch von Gas gegen Flüssigkeit im Beobachtungsraum 63 der zweikammerigen Küvette 50. Zu Beginn der Umfüllung tritt eine weitgehend symmetrische Flüssigkeitsfront, bezogen auf die Eintrittsöffnung, in den Beobachtungs­ raum ein. Bei horizontaler Lage der (flachen) Küvette 50 verhält sich die Flüssigkeit annäherend gleich wie unter Schwerelosigkeit, da die Benetzungskräfte (gege­ ben durch die Oberflächenspannung, deren Ursache die van-der-Waalschen Kräfte sind) gegenüber dem hydrosta­ tischen Druck unter 1 g (Erdbeschleunigung) die Ober­ hand haben. Die Form der Flüssigkeitsfront unterliegt jetzt einem labilen Gleichgewichtszustand, d. h. eine ihrer Seiten eilt, den Benetzungskräften folgend, der anderen Seite voraus. Somit werden manche der Über­ trittsöffnungen 92, die den Übertritt der Gasphase in den Teilraum 94 in Bewegungsrichtung des Kolbens 82 hinter diesen gewährleisten sollen, für das Gas ver­ schlossen; es würde nur noch Flüssigkeit übertreten. Durch besondere Anordnung der Übertrittsöffnungen 92 geeigneter Dimension wird dies verhindert; damit ist ein nahezu vollständiges Verdrängen der Luft aus dem Beobachtungsraum unter Schwerelosigkeitsbedingungen gewährleistet. Der Effekt beruht darauf, daß das Vor­ eilen der einen Seite der Flüssigkeitsfront beim Pas­ sieren einer Übertrittsöffnung 92 in der Trennwand 57 der Küvette 50 leicht verzögert wird, da die von Flüs­ sigkeit überdeckten Übertrittsöffnungen 92 für die Flüssigkeit einen größeren Widerstand bilden als die noch "freiliegenden" Übertrittsöffnungen für die diese umgebende Gasphase, so daß der Druckausgleich über ein Entweichen von Gas und diese freiliegenden Übertritts­ öffnungen 92 erfolgt, was zur Folge hat, daß die andere nacheilende Seite der Flüssigkeitsfront wieder schnel­ ler vorrückt. Die Symmetrie der Flüssigkeitsfront ist dann wieder so weit hergestellt, daß durch die weiter hinten angeordneten Übertrittsöffnungen 92 der Trenn­ wand 57 noch vor Ende der Kolbenbewegung sämtliches Gas, das wegen des Viskoseunterschieds zur Flüssigkeit etwa 100 mal reibungsärmer als Flüssigkeit ist, in den Teil 94 des Vorratsraums 61 übergetreten ist.

Ohne besondere Maßnahmen beschlagen nach dem Umschich­ ten der Flüssigkeit die Innenflächen des jetzt teilwei­ se mit Luft gefüllten Vorratsraums 61 mit Flüssigkeit. Dieses wird durch einen relativ großen Vorratsraum, der beim Zusammensetzen der Küvette auch hinter dem Kolben mit Wasser gefüllt wird und durch Verkleinerung des Luftvolumens im Beobachtungsraum 63, z. B. durch einen dickeren Agarfilm auf der semipermeablen Membran 76, vermieden. Nach dem Umschichten befindet sich damit im Vorratsraum 61 im Bereich hinter dem Beobachtungsfeld Wasser in ausreichender Menge, was ein Beschlagen und damit eine Störung des mikroskopischen Strahlenganges verhindert. Bei vollständig mit Flüssigkeit ausgefüll­ tem Beobachtungsraum 63 befindet sich der Kolben 82 daher noch nicht in seiner Endlage, so daß bei weiterer Kolbenverschiebung Wasser über die Übertrittsöffnungen in den in Verschiebungsrichtung hinter dem Kolben 82 angeordneten Teilraum gelangt.

Die Merkmale der hier beschriebenen und in den Figuren gezeigten Küvette 50 lassen sich zusammenfassend wie folgt darstellen:

• 1. Das Gehäuse der Küvette besteht aus polierfähi­ gem, optisch transparentem, gegebenenfalls färb­ barem und physiologisch unschädlichem Material.
• 2. Die Küvette ist zweikammerig ausgeführt.
• 3. Im Gehäuse ist ein Beobachtungsfenster für Über­ sichten (Makroskopie) und für mikroskopische Be­ obachtungen ausgebildet.
• 4. Alternativ kann die Vorder- oder Rückseite des Gehäuses mit einer semipermeablen Membran versehen sein. Die semipermeable Membran sichert die für das Überleben der Organismen wichtige O₂-Durchläs­ sigkeit in den Probenraum und garantiert das Aus­ treten von CO₂ aus dem Probenraum.
• 5. Die Verwendung von zwei flachen schüsselförmigen Gehäusehälften mit planen Berührungsflächen und Silikonpaste als Dichtungsmaterial dazwischen bringt eine Teilvakuumdichtigkeit (mindestens 40% und vorzugsweise < 60% von einer Atmosphäre ent­ sprechend 300 bis 600 mb Differenzdruck).
• 6. Die Küvette wird mit einem Septum aus Silikongummi als Verschlußkörper verschlossen.
• 7. Der Verschluß der Küvette erfolgt nach dem Befül­ len der Kammer mit Flüssigkeit mittels des Ver­ schlußkörpers; hierbei findet eine Druckentlastung des Aufnahmeraums mittels mindestens einer sich durch das Septum hindurch erstreckenden Injek­ tionsnadel statt.
• 8. Durch das Verschlußseptum lassen sich bis zu vier Injektionsnadeln einstechen, wobei bevorzugt zwei Injektionsnadeln für den Beobachtungsraum und zwei für den Vorratsraum vorgesehen sind. Damit läßt sich jeder Teil des Probenraums befüllen und dabei entlüften.
• 9. Der eine der beiden Teilräume der Küvette ist mit einem Kolben für eine einmalige Betätigung mittels Zugseil (Kapillarschlauch) ausgerüstet.
• 10. Das Zugseil ist durch das Verschlußseptum hin­ durchgeführt.
• 11. Bei der Betätigung des Kolbens im Zustand der Schwerelosigkeit erfolgt ein vollständiger Ersatz der Gas- durch die Flüssigphase im Beobachtungs­ raum der Küvette, und zwar durch in bestimmter Weise angeordnete Übertrittsöffnungen, die über einen Teil der Trennwand, nämlich dem dem Einlaß des Beobachtungsraums abgewandten Teil der Trenn­ wand verteilt angeordnet sind und einen bevorzugt zum Durchtritt von Gas vorgesehenen Durchmesser aufweisen.
• 12. Es wird der Rückfluß der umgeschichteten Flüssig­ keit durch Kleinhaltung des Durchmessers der Über­ trittsöffnungen für die Gasphase in der Trennwand für die beiden Küvettenhälften vermieden (Aus­ nutzung der Kapillarkräfte). Die Dauerbelastbar­ keit dieser Durchtrittssperre im an sich kommuni­ zierenden System ist gegeben, und zwar weit über der Erdbeschleunigung g.
• 13. Das Beschlagen der inneren Flächen des Teilraums hinter dem Kolben (nach der Umschichtung der Flüs­ sigkeit wie oben beschrieben) durch Einbringen von Flüssigkeit auch in den konstruktiv bedingt freien Raum hinter dem Kolben sowie durch Kleinhalten des Luftvolumens im Beobachtungsraum durch einen zu­ sätzlichen Agarfilm beim Zusammenbau bzw. Be­ schicken der Küvette wird vermieden. Durch Ziehen des Kolbens befindet sich dann in Beobachtungs­ richtung hinter dem Beobachtungsraum Flüssigkeit, die eine gleichmäßige Ausleuchtung des Beobach­ tungsobjekts gewährleistet. Nach der Umschichtung befindet sich also noch eine ausreichende Menge an Restflüssigkeit (Wasser) im Vorratsraum. Wäre dies nicht der Fall, würden sich mikroskopisch kleine Tröpfchen auf den Innenflächen des Vorratsraums bilden, was das mikroskopische Bild des Objekts teilweise unkenntlich machen würde.
• 14. Alternativ kann in dem den Kolben aufweisenden Vorratsraum Flüssigkeit gegen Flüssigkeit teilwei­ se ausgetauscht werden (Einbringung von bioche­ misch aktivierenden Substanzen in dem Beobach­ tungsraum oder von chemischen Fixiermitteln), wobei die Übertrittsöffnungen zuvor mit Silikonpaste verschlossen werden.

Claims (9)

1. Küvette zur mikroskopischen oder makroskopischen Beobachtung einer biologischen Probe, mit

• - zwei dichtend aneinander anliegenden Gehäuse­ hälften (54, 56), die einen Aufnahmeraum für die zu untersuchende Probe bilden,
• - einem Beobachtungsfenster (72) in der einen Gehäusehälfte (54) zum optischen Einblick in den Aufnahmeraum und
• - einer Dichtung zwischen den beiden Gehäusehälf­ ten (54, 56), die mit Injektionsnadeln (28) zum Aufnahmeraum hin durchstechbar ist und vor, während sowie nach dem Durchstechen dichtend gegenüber dem Aufnahmeraum verschließt,
• - wobei eine Injektionsnadel (28) das Einbringen der Probe in den Aufnahmeraum und eine andere Injektionsnadel (28) ein Abführen des dabei entstehenden Überdrucks aus dem Aufnahmeraum gestattet,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - eine Trennwand (57) den Aufnahmeraum in einen Vorratsraum (61) für eine wäßrige Lösung und in einen Beobachtungsraum (63) für die zu unter­ suchende Probe unterteilt und
• - der Vorratsraum (61) einen Kolben (82) auf­ weist, der den Vorratsraum (61) in zwei beid­ seitig des Kolbens (82) angeordnete Teilräume unterteilt und der aus einer Anfangslage in eine Endlage verschiebbar ist und
• - dabei die wäßrige Lösung, die vor der Proben­ untersuchung in den in Verschiebungsrichtung vor dem Kolben (82) angeordneten Teilraum ein­ geführt wurde, aus diesem Teilraum durch eine Verbindungsbohrung (90) in der Trennwand (57) in den Beobachtungsraum (63) drückt, wo die wäßrige Lösung die im Beobachtungsraum (63) befindliche Gasphase durch wegen des Viskosi­ tätsunterschiedes von Gas und Flüssigkeit für die Gasphase bevorzugt durchlässige Übertritts­ öffnungen (92) der Trennwand (57) in den in Verschiebungsrichtung hinter dem Kolben (82) angeordneten Teilraum des Vorratsraums (61) verdrängt,
• - so daß in der Endlage des Kolbens (82) der Be­ obachtungsraum (63) gasfrei mit der wäßrigen Lösung ausgefüllt und die biologische Probe unter Bedingungen der Schwerelosigkeit unge­ stört von Gasblasen beobachtbar ist.

2. Küvette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gehäusehälften (54, 56) einen Kanal (64) zwischen sich einschließen, der den Aufnahme­ raum mit dem Außenraum der Küvette (50) verbindet und der durch einen mit den Injektionsnadeln (28) durchstechbaren Verschlußkörper (66), der insbe­ sondere aus biologisch inertem Silikongummi be­ steht, verschlossen ist.

3. Küvette nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (82) mit Hilfe eines durch den Ver­ schlußkörper (66) geführten, flexiblen Betäti­ gungsorgan (84) verschiebbar ist.

4. Küvette nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan (84) ein flexibler Schlauch ist, der durch eine Durchgangsbohrung (86) des Kolbens (82) hindurchgeführt ist und der an dem dem Verschlußkörper (66) abgewandten Ende der Durchgangsbohrung (86) mittels eines konusför­ migen Halteteils (88) abgedichtet und gegen die Innenwand der Durchgangsbohrung (86) klemmend ge­ halten ist.

5. Küvette nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Beobachtungsfenster (72) eine Aussparung aufweist, die von einer semi­ permeablen Membran (76) überspannt ist, die einen Diffusionsaustausch von Sauerstoff und Kohlen­ dioxid gewährleistet und bevorzugt aus Tetrafluor­ ethylen besteht.

6. Küvette nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung im Bereich außer­ halb des Verschlußkörpers als hochviskose, biolo­ gisch inerte Silikonpaste ausgebildet ist.

7. Küvette nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertrittsöffnungen (92) in Bewegungsrichtung des Kolbens (82) verteilt angeordnet sind.

8. Küvette nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gehäusehälften (54, 56) als flache Schalen mit einander zugewandten, den Aufnahmeraum bildenden Vertiefungen ausgebil­ det sind.