JP2018059892A - 試料作製システムおよび作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】試料を順次自動的に作製することのできる試料作製システムおよび作製方法を提供する。【解決手段】試料作製システムは、スライスモジュールと、第１タンクと、配列モジュールと、ピックアップモジュールとを含む。スライスモジュールは、試料ブロックを複数の試料切片に順次スライスするために利用される。第１タンクは、試料切片を受け取るために利用される。試料切片は、第１タンク内の流体上で浮遊し、流体の流動とともに移動する。配列モジュールは、第１タンクの一側に配置され、試料切片を順次分離する。ピックアップモジュールは、第１タンクに結合され、試料切片を順次ピックアップして、試料切片を対応する試料ホルダの上に配置する。また、試料作製方法も提供する。【選択図】図１（ｂ）

Description

本発明は、電子顕微鏡の試料作製システムおよび作製方法に係り、特に、試料を順次自動的に作製することのできる試料作製システムおよび作製方法に関する。

電子顕微鏡の高解像度三次元（three-dimensional, 3D）撮像技術を臨床医学および生体分子研究の応用に適用することにより、観察画像の解析度および観察結果の正確度を有効に上げることができる。

しかしながら、高解像度３Ｄ画像を構築する過程で大量の超薄片試料（sample）を作製する必要があり、試料の観察過程で画像の精密な位置決めを行う必要がある。現在の電子顕微鏡の試料ブロックの作製プロセスの大部分は、依然として、埋め込みカプセルを使用して樹脂の中に試料を一つ一つ手動で埋め込む必要がある。そのため、大量の試料を観察する必要がある時、試料の作製に多くの労力と時間を費やされる。また、別々に作製された試料の生産品質は多様であるため、観察する試料の品質が一致せず、それにより、試料の観察品質に影響を与える。したがって、いかにして電子顕微鏡の試料切片の生産効率および品質を有効に上げ、現在の試料作製システムを改善するかが、現在の電子顕微鏡観察技術の発展において重要な課題となっている。

本発明は、電子顕微鏡試料を複数の試料切片に順次スライスすることができ、試料切片を配列（sequencing）モジュールおよびピックアップモジュールにより順次配列することができる試料作製システムを提供する。

本発明は、複数の電子顕微鏡試料の作製と順次配列を同時に完了することのできる試料作製方法を提供する。

本発明の試料作製システムは、スライスモジュールと、第１タンクと、配列モジュールと、ピックアップモジュールとを含む。スライスモジュールは、試料ブロックを複数の試料切片に順次スライスするよう構成される。第１タンクは、試料切片を受け取るよう構成され、試料切片は、第１タンク内の流体上で浮遊し、流体の流動とともに移動するのに適している。配列モジュールは、第１タンクの一側に配置され、試料切片を順次分離する。ピックアップモジュールは、第１タンクに結合され、試料切片を第１タンクから順次ピックアップして、試料切片を対応する試料ホルダの上に配置する。

本発明の試料作製方法は、スライスモジュールにより試料ブロックを複数の試料切片に順次スライスするステップと；第１タンクで試料切片を受け取り、試料切片が第１タンク内の流体上で浮遊するステップと；試料切片を流体とともに流動させ、第１タンク内の分離位置に移動させるステップと；配列モジュールにより分離位置で試料切片を順次分離するステップと；ピックアップモジュールにより第１タンクから分離した試料切片をピックアップし、試料切片を試料ホルダの上に順次配置および配列するステップとを含む。

本発明の１つの実施形態において、スライスモジュールは、クランプ部と、切断工具とを含む。クランプ部は、試料ブロックを挟持するよう構成され、切断工具は、第１タンクの端部に配置され、試料ブロックを順次スライスする。

本発明の１つの実施形態において、第１タンクは、タンク本体と、受け取り領域と、ピックアップ領域とを含む。タンク本体は、チャンバ、およびチャンバを介して接続された液体入口および液体出口を有する。流体は、液体入口を介してチャンバに進入し、流路に沿って流動することにより、液体出口からチャンバを退出する。流路は、受け取り領域と、ピックアップ領域と、配列領域とを含む。受け取り領域は、液体入口に隣接し、試料切片を受け取るよう構成される。ピックアップ領域は、液体出口に隣接し、ピックアップモジュールは、ピックアップ領域から試料切片をピックアップする。配列領域は、受け取り領域とピックアップ領域の間に設置され、試料切片は、配列領域を順次通過し、配列モジュールは、試料切片を分離する。

本発明の１つの実施形態において、配列領域の幅は、受け取り領域およびピックアップ領域の幅よりも小さい。

本発明の１つの実施形態において、配列モジュールは、流路の上に配置され、配列モジュールは、第１本体と、第１検出装置と、分離装置とを含む。第１検出装置は、流路に対応して配置され、試料切片の位置を決定する。分離装置は、第１本体の上に配置されるとともに、第１タンク内の試料切片に向かって移動し、２つの隣接する試料切片を分離するのに適している。

本発明の１つの実施形態において、配列モジュールは、さらに、分離装置に結合された圧電素子を含む。圧電素子は、分離装置が振動するよう駆動して、２つの隣接した試料切片に分離するよう構成される。

本発明の１つの実施形態において、配列モジュールの第１本体は、第１方向に沿って第１タンクの上に滑動可能に配置される。

本発明の１つの実施形態において、配列モジュールの分離装置は、第２方向に沿って第１本体の上に滑動可能に配置され、第１方向と第２方向は、直交する。

本発明の１つの実施形態において、ピックアップモジュールは、第２本体と、ピックアップ装置と、第２検出装置とを含む。ピックアップ装置は、第２本体の上に配置される。第２検出装置は、第１タンクに対応して配置され、試料切片の位置を検出する。ピックアップ装置は、第２検出装置の検出結果に基づいて、第１タンクに相対して移動することにより、ピックアップ領域から試料切片を順次ピックアップし、試料切片を対応する試料ホルダの上に配置するのに適している。

本発明の１つの実施形態において、試料作製システムは、さらに、第１タンクの一側に結合された、または第１タンクの中に配置された第２タンクを含む。第２タンクは、スライスモジュールから試料切片を受け取るのに適しており、試料切片は、流体により搬送され、第２タンクから第１タンクへ移動する。

本発明の１つの実施形態において、試料切片の輪郭形状は、台形、両端が切断された円形（double truncated circle）、または多角形を含む。

本発明の１つの実施形態において、試料作製方法は、さらに、スライスモジュールが試料ブロックを順次スライスした時、試料ブロックの輪郭形状設計により、第１タンクで受け取った順次スライスされた試料切片を互いに折り重ねて、第１タンク内の流体上で浮遊する試料鎖（sample chain）を形成するステップを含む。

本発明の１つの実施形態において、配列モジュールは、試料鎖に接近または接触し、各試料切片を分離するよう構成された分離装置を有する。

本発明の１つの実施形態において、試料作製方法は、さらに、スライスモジュールが試料ブロックを試料切片に順次スライスした後、第２タンクでスライスモジュールから試料切片を受け取るステップを含む。

本発明の１つの実施形態において、試料作製方法は、さらに、試料切片を第２タンクから第１タンクに運ぶステップを含む。第２タンクは、第１タンクの一側に移動可能に埋め込まれる、または第１タンクの中に配置される。流体は、第２タンクに注入され、流体とともに試料切片を第２タンクから第１タンクへ搬送し、試料切片の後続の分離ステップを順番に実行する。

以上のように、本発明の実施形態における試料作製システムおよび試料作製方法は、スライスモジュールを介して試料ブロックを順次スライスし、タンク内の流体とともに試料切片を運ぶことができる。また、配列モジュールは、流路を通過する試料切片を順次分離し、その後、ピックアップモジュールにより試料切片を試料ホルダの上に運んで、試料切片を順番に配列することができる。本発明の実施形態において、試料ブロックは、同じ輪郭または連続傾向の輪郭変化を有する複数の試料ブロックにスライスすることができる。そのため、試料ブロックの輪郭を使用して、異なる試料切片の順番および配列を観察することができる。また、本発明の実施形態において、試料作製システムは、自動化方式によって大量の薄い試料切片の連続作製を達成することができ、それにより、必要な労力と生産コストを減らすことができる。

本発明の上記および他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。

添付図面は、本発明の原理がさらに理解されるために含まれており、本明細書に組み込まれかつその一部を構成するものである。図面は、本発明の実施形態を例示しており、説明とともに、本発明の原理を説明する役割を果たしている。

図１（ａ）は、本発明の１つの実施形態に係る試料作製システムを示す概略図である。 図１（ｂ）は、本発明の１つの実施形態に係る試料作製システムを示す概略図である。 本発明の別の実施形態に係る試料作製システムを示す概略図である。 図３（ａ）〜図３（ｃ）は、図２の試料作製システムの一部の構成要素を示す概略的上面図である。 図４（ａ）〜図４（ｃ）は、図２の試料作製システムの一部の構成要素を示す概略的側面図である。 図５（ａ）および図５（ｂ）は、図２の試料作製システムにおける配列モジュールを示す概略図である。 図６（ａ）は、図２の試料作製システムにおける配列モジュールの作動手段を示す概略図である。 図６（ｂ）は、図２の試料作製システムにおける配列モジュールの作動手段を示す概略図である。 図６（ｃ）は、図２の試料作製システムにおける配列モジュールの作動手段を示す概略図である。 図６（ｄ）は、図２の試料作製システムにおける配列モジュールの作動手段を示す概略図である。 図６（ｅ）は、図２の試料作製システムにおける配列モジュールの作動手段を示す概略図である。 図６（ｆ）は、図２の試料作製システムにおける配列モジュールの作動手段を示す概略図である。 図６（ｇ）は、図２の試料作製システムにおける配列モジュールの作動手段を示す概略図である。 図６（ｈ）は、図２の試料作製システムにおける配列モジュールの作動手段を示す概略図である。 図７（ａ）は、図２の試料作製システムにおけるピックアップモジュールを示す概略図である。 図７（ｂ）は、図２の試料作製システムにおけるピックアップモジュールを示す概略図である。 図７（ｃ）は、図２の試料作製システムにおけるピックアップモジュールを示す概略図である。 図２の試料作製システムにおける複数の試料切片を示す概略図である。 本発明の別の実施形態に係る試料作製システムを示す概略図である。 本発明の別の実施形態に係る試料作製システムを示す概略図である。 本発明の１つの実施形態に係る試料作製方法を示す概略的フローチャートである。

図１（ａ）および図１（ｂ）は、本発明の１つの実施形態に係る試料作製システムを示す概略図である。図１（ａ）および図１（ｂ）を参照すると、試料作製システム１００は、スライスモジュール１１０と、第１タンク１２０と、配列モジュール１３０と、ピックアップモジュール１４０とを含む。スライスモジュール１１０は、試料ブロック５０を複数の試料切片５０ａに順次スライスするために使用することができる。例えば、まず、電子顕微鏡で観察したい試料を樹脂ブロックの中に埋めて、試料ブロック５０を形成する。試料ブロック５０をスライスモジュール１１０でスライスした後、連続した輪郭を有する複数の試料切片５０ａが形成され、試料切片５０ａは、中間にある試料切片と、試料切片を取り囲む樹脂部分を含むことができる。
第１タンク１２０は、試料切片５０ａを受け取るために使用することができる。試料切片５０ａは、第１タンク１２０内の流体１０上で浮遊し、流体１０の流動とともに移動することができる。そのため、試料切片５０ａは、図１（ａ）に示すように、それぞれ流体１０により搬送され、スライスモジュール１１０から配列モジュール１３０に順次移動する。

図１（ａ）に示すように、配列モジュール１３０は、第１タンク１２０の一側に配置することができ、配列モジュール１３０は、スライスモジュール１１０によりスライスされた試料切片５０ａを順次分離することができる。また、図１（ｂ）に示すように、ピックアップモジュール１４０は、第１タンク１２０に結合され、ピックアップモジュール１４０は、例えば、機械アームクランプ（mechanical arm clamping）の方法で、試料切片５０ａを第１タンク１２０から対応する試料ホルダ１４６に順次移動させることができる。

本実施形態において、スライスモジュール１１０は、クランプ部１１２と、切断工具１１４とを含む。クランプ部１１２は、試料ブロック５０を狭持するために使用することができ、例えば、可撓性クランプアーム１１２ａを使用して狭持することができる。さらに、切断工具１１４は、第１タンク１２０の端部に配置され、試料ブロック５０を順次スライスする。本実施形態において、切断工具１１４は、例えば、ダイアモンドナイフまたはガラスナイフである。

本実施形態において、第１タンク１２０は、座繰り穴（counterbore hole）１２２を有し、座繰り穴１２２の配置高度または設計サイズを変えることによって、第１タンク１２０内の流体１０の流動量または流動速度を制御することができる。また、配列モジュール１３０は、例えば、振動を生成して、第１タンク１２０に順番に進入する試料切片５０ａを分離するようトリガーすることのできる圧電モジュールである。

詳しく説明すると、本実施形態において、第１タンク１２０内の流体１０を流動させる方法は、例えば、ポンプを使用して流体１０が流動するよう駆動することと、第１タンク１２０の狭角（included angle）を調整することと、機械構成要素を使用して、第１タンク１２０が振動または移動、流体１０の自然対流等を生成できるようにすることを含む。

図１（ｂ）を参照すると、本実施形態において、ピックアップモジュール１４０は、試料ピックアップ装置１４２と、試料ホルダ１４６とを含む。例えば、試料ピックアップ装置１４２は、固定台１４２ａおよび支持アーム１４２ｂを有する。支持アーム１４２ｂは、試料切片５０ａを搬送し、固定台１４２ａに相対して回転することにより、第１タンク１２０から試料切片５０ａを取り出して、試料切片５０ａを試料ホルダ１４６の上に順次配置することができる。

図２は、本発明の別の実施形態に係る試料作製システム２００を示す概略図である。図３（ａ）〜図３（ｃ）は、図２の試料作製システム２００の一部の構成要素を示す概略的上面図である。図４（ａ）〜図４（ｃ）は、図２の試料作製システム２００の一部の構成要素を示す概略的側面図である。図２、図３（ａ）〜図３（ｃ）、および図４（ａ）〜図４（ｃ）の実施形態は、図１の実施形態と類似するため、同一の、または類似する参照番号を使用して同一の、または類似する構成要素を示し、同じ技術内容の説明は省略する。図２および図３（ａ）〜図３（ｃ）を参照すると、試料作製システム２００と前の実施形態の間の相違点は、試料作製システム２００の第１タンク２１０がタンク本体２２０を含むことであり、タンク本体２２０は、チャンバ２２２、およびチャンバ２２２を介して接続された液体入口２２２ａおよび液体出口２２２ｂを有する。本実施形態において、流体１０は、液体入口２２２ａを介してチャンバ２２２に進入することができ、流体１０は、図３（ｂ）の矢印の方向に沿って流路２５０に流入し、その後、液体出口２２２ｂから退出する。

図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、流路２５０は、例えば、プラスチック等のスペーサー材料で形成された実体流路であり、流路２５０は、図３（ｂ）のタンク本体２２０内に組み立てられ、図３（ａ）の第１タンク２１０内の試料切片５０ａを運ぶ。流路２５０は、受け取り領域２５２、ピックアップ領域２５４、および配列領域２５６に分割することができる。受け取り領域２５２は、液体入口２２２ａに隣接し、第１タンク２１０に進入する試料切片５０ａを受け取る。また、試料切片５０ａのピックアップ領域２５４は、液体出口２２２ｂに隣接し、ピックアップモジュール２４０は、ピックアップ領域２５４から試料切片５０ａをピックアップすることができる。

配列領域２５６は、受け取り領域２５２とピックアップ領域２５４の間に設置される。図２および図３（ａ）〜図３（ｃ）を参照すると、試料切片５０ａは、配列領域２５６を順番に通過することができ、配列モジュール２３０は、配列領域２５６に順番に進入する試料切片５０ａを分離することができる。流路２５０の設計上、流路２５０の配列領域２５６の幅は、受け取り領域２５２およびピックアップ領域２５４の幅よりも小さい。図３（ａ）に示すように、流路２５０のピックアップ領域２５４が試料切片５０ａを受け取った後、流路において受け取り領域２５２が徐々に縮小する設計により、ピックアップ領域２５４は、配列領域２５６に順次案内される。また、本実施形態の流路２５０の配列領域２５６の幅は、１つの試料切片５０ａを通過させるようになっているため、試料切片５０ａは、一つ一つ順番に配列領域２５６を通過することができる。

図２、図３（ａ）、および図３（ｂ）に示すように、タンク本体２２０は、ピックアップモジュール２４０を形成するために使用されるプラットホーム２７０と接続することができるため、図２に示すように、ピックアップモジュール２４０をプラットホーム２７０の上方に形成して、ピックアップモジュール２４０が流路２５０のピックアップ領域２５４において試料切片５０ａをピックアップできるようにする。

本実施形態において、配列モジュール２３０およびピックアップモジュール２４０は、制御装置２６０および計算ユニット２９０に電気結合することができる。計算ユニット２９０は、制御装置２６０に制御信号を送信することができ、制御装置２６０を使用して配列モジュール２３０、ピックアップモジュール２４０、および関連する構成要素の作動を制御することにより、試料作製システムの自動化操作を達成することができる。

図４（ａ）〜図４（ｃ）の第1タンク２１０の側面図を参照すると、本実施形態において、図４（ａ）の流路２５０がタンク本体２２０の上方に配置された時、受け取り領域２５２下方の液体入口２２２ａからタンク本体２２０のチャンバ２２２に流体１０を注入することができ、チャンバ２２２に進入する流体１０の液体レベルが流路２５０の一部の側壁よりも高くなった時、流体１０は、流路２５０に溢れ出ることができ、流路２５０の受け取り領域２５２内の試料切片５０ａは、流体１０の流動とともに配列領域２５６およびピックアップ領域２５４の方向に向かって移動することができる。

本実施形態において、流路２５０のピックアップ領域２５４の底部は、分離した試料切片５０ａを遮断する底板２５４ａを有し、試料切片５０ａが流体１０とともに液体出口２２２ｂから流出するのを防ぐ。さらに、本実施形態において、液体出口２２２ｂのサイズ設計または液体入口２２２ａの夾角に対する液体出口２２２ｂの位置を変更することによって、チャンバ２２２および流路５０内の流体１０の流動速度および流動量を調整することができる。

図５（ａ）および図５（ｂ）は、図２の試料作製システムにおける配列モジュールを示す概略図である。本実施形態において、配列モジュール２３０は、第１本体２３２と、第１検出装置２３４と、配列装置２３６とを含むことができる。第１検出装置２３４を流路２５０に対応して配置することにより、第１タンク２１０内の試料切片５０ａの位置を決定することができる。また、第１本体２３２は、スライドシュート（sliding chute）２３９を有することができるため、スライドシュート２３９を介して、第１タンク２１０の延伸方向に沿って配列モジュール２３０をそれに平行に配置されたタンク壁に滑動可能に配置することができる。そのため、配列モジュール２３０は、第１タンク２１０の延伸方向、つまり、図５（ａ）の矢印で示した第１方向Ｄ１および第３方向Ｄ３に沿って、滑動することができる。

本実施形態において、第１検出装置２３４は、例えば、試料切片５０ａの位置を検出して位置付けすることのできる電荷結合素子（charge couple device, CCD）である。また、分離装置２３６と第１本体２３２の間にスライドレール２３６ｃを配置することができるため、スライドレール２３６ｃを介して、分離装置２３６を第１本体２３２の上に滑動可能に配置し、図５（ｂ）右側の矢印で示した第２方向Ｄ２および第４方向Ｄ４に沿って、第１本体２３２に相対して滑動させることができる。本実施形態において、第１本体２３２に対する分離装置２３６の滑動方向（第１および第３方向Ｄ１およびＤ３）と第１タンク２１０に対する第１本体２３２の滑動方向（第２および第４方向Ｄ２およびＤ４）は、直交する。

本実施形態において、分離装置２３６は、接触部２３６ａを有し、接触部２３６ａは、接近または接触して、配列領域２５６を順番に通過する試料切片５０ａを押すことにより、互いに接触した、または折り重なった試料切片５０ａを順次分離することができる。配列モジュール２３０は、さらに、配列装置２３６の配列領域２５６に近い側に配置された圧電素子２３６ｂを含む。また、圧電素子２３６ｂは、分離装置２３６に結合され、圧電素子２３６ｂは、振動がトリガーされた時、分離装置２３６の接触部２３６ａが振動するよう駆動し、互いに隣接して接触した、または折り重なった２つの隣接する試料切片５０ａを分離することができる。本実施形態において、圧電素子２３６ｂは、例えば、光学または実体接触の方法により振動がトリガーされる。

図６（ａ）〜図６（ｈ）は、図２の試料作製システムにおける配列モジュールの作動手段を示す概略図である。図６（ａ）および図６（ｂ）を参照すると、本実施形態において、試料ブロック５０を同じバッチ（batch）の複数の試料切片５０ａにスライスした時、試料切片５０ａは、流路２５０の受け取り領域によって受け取られ、流路の配列領域２５６に順番に進入する。この時、試料作製システム２００は、第１タンク２１０内の流体１０の流動量または流動速度を調整することによって、試料切片５０ａを配列領域２５６内に留めておくことができる。第１検出装置２３４は、試料切片５０ａの位置を検出することができ、配列モジュール２３０の分離装置２３６は、試料切片５０ａの位置に基づいて、第１本体２３２に相対して移動することができる。この時、第１本体２３２によって分離装置２３６が駆動され、第１タンク２１０の延伸方向に沿って移動することができる。

言及すべきこととして、本実施形態において、試料ブロック５０は、適切な輪郭設計により、試料ブロック５０を順次スライスすることによって形成された試料切片５０ａをスライス過程において互いに折り重ね、第１タンク２１０の流体１０上で浮遊する試料鎖を形成することができる。また、試料鎖は、流路２５０に沿って配列領域２５６に移動することができる。

例えば、図６（ｃ）および図６（ｄ）に示すように、流体１０が流動を停止したが、試料切片５０ａが配列領域２５６に留まって、流体１０とともに移動しなくなった時、分離装置２３６は、第１本体２３２が第１タンク２５０に相対して滑動するにつれ、図６（ｄ）の矢印で示した第１方向Ｄ１に沿って、試料切片５０ａを折り重ねることによって形成された試料鎖の位置に近付くよう移動することができる。

次に、図６（ｅ）および図６（ｆ）に示すように、分離装置２３６は、図６（ｅ）の矢印で示した第４方向Ｄ４に沿って、つまり、流路２５０の配列領域２５６の方向に向かって滑動することができ、分離装置２３６の接触部２３６ａは、試料切片５０ａが互いに折り重なった、または接触する交差部分に接近または接触することができる。さらに、圧電装置２３６ｂは、振動をトリガーし、それにより、分離装置２３６が振動するよう駆動することができる。そのため、接触部２３６ａは、分離装置２３６の振動により（図６（ｆ）において、圧電装置２３６ｂの一側にある破線を用いて、分離装置２３６の振動方向を示す）、互いに接触した、または折り重なった試料切片５０ａを分離することができる。

図６（ｇ）および図６（ｈ）に示すように、試料鎖の前端に設置された試料切片５０ａが分離された時、分離装置２３６は、第２方向Ｄ２に沿って流路２５０の配列領域２５６から離れるよう移動することができ、配列モジュール２３０は、流路２５０に相対して滑動し、図６（ｇ）左側の矢印で示した第３方向Ｄ３に沿って移動することにより、次に隣接する、または重なり合う試料切片５０ａとの接触領域に向かって、分離装置２３６を移動させることができる。

次に、図６（ｈ）に示すように、分離装置２３６が流路２５０の延伸方向に沿って滑動し、別の隣接する、または重なり合う試料切片５０ａとの接続領域に接近した時、分離装置２３６は、さらに、流路２５０の配列領域２３６の方向に向かって、スライドレール２３６ｃに沿って第１本体２３２に相対して滑動する、つまり、図６（ｈ）の矢印で示した第４方向Ｄ４に向かって移動することができるため、分離装置２３６の接触領域２３６ａは、次の試料切片５０ａとの接続領域に接近または接触することができる。次に、圧電素子２３６ｂを再度トリガーして、分離装置２３６が振動するよう駆動することにより、次の試料切片５０ａを分離することができる。

本実施形態において、配列モジュール２３０は、試料鎖内の全ての試料切片５０ａが順次分離されて流路２５０の配列領域２５６に進入するまで、上述したステップを連続して繰り返し実行することができる。

図７（ａ）〜図７（ｃ）は、図２の試料作製システムにおけるピックアップモジュールを示す概略図である。本実施形態において、ピックアップモジュール２４０は、第２本体２４２と、ピックアップ装置２４５と、第２検出装置２４４とを含むことができる。ピックアップ装置２４５は、例えば、第２本体２４２の上に取り付けられ、第２検出装置２４４を第１タンク２１０に対応して配置することにより、試料切片５０ａの位置を検出することができる。本実施形態において、ピックアップ装置２４５は、第２検出装置２４４の検出結果に基づいて、第１タンク２１０に相対して移動することができる。

詳しく説明すると、ピックアップ装置２４５は、スライドレール２４９により第２本体２４２の上に取り付けることができ、図７（ａ）に示すように、ピックアップ装置２４５は、ＸＹ平面方向に移動することができる。また、ピックアップ装置２４５は、Ｚ方向のスライドシャフト２４７に沿って垂直上下に向かってに移動することもできる。つまり、本実施形態において、ピックアップ装置２４５は、３Ｄ方向に作動することができる。さらに、本実施形態において、第２検出装置２４４をピックアップ装置２４５内に埋め込み、スライドレール２４９の上に滑動可能に配置することにより、ＸＹ平面方向に移動させ、試料切片５０ａの位置を検出する。

図７（ｂ）の上の図に示すように、第２検出装置２４４は、ＸＹ平面方向のスライドレール２４９に沿って移動し、第１タンク２１０内の流体１０の流体表面に浮遊する試料切片５０ａをピックアップ装置２４５の底部にある開口を介して検出することができる。また、第２検出装置２４４が試料切片５０ａを検出した後、ピックアップ装置２４５は、Ｚ方向のスライドシャフト２４７に沿って垂直に移動することができるため、ピックアップ装置２４５は、流体１０の流体表面に向かって移動し、第１タンク２１０から試料切片５０ａをピックアップすることができる。

次に、図７（ｂ）の下の図に示すように、ピックアップ装置２４５は、さらに、スライドシャフト２４７に沿って垂直上向きに移動した後、ＸＹ平面方向に沿って、第２検出装置２４４の検出結果に基づいて、試料ホルダ２４６の上方に移動することができる。それにもかかわらず、ピックアップ装置２４５は、Ｚ方向に沿って垂直下向きに移動することができるため、試料切片５０ａを試料ホルダ２４６に降ろすことができる。

図７（ｃ）を参照すると、本実施形態において、ピックアップ装置２４５は、その底面に配置されたピックアップリング２４８を有する。ピックアップ装置２４５で第１タンク２１０内の試料切片５０ａをピックアップする時、ピックアップリング２４８は、流体１０の流体表面と接触し、液体膜内にピックアップ装置２４５を形成することができる。本実施形態において、試料切片５０ａの厚さは、例えば、７０ｎｍよりも小さく、試料切片５０ａの最大幅は、例えば、１．２ｍｍよりも小さい。各試料切片５０ａは非常に薄いため、液体膜の表面張力は、試料切片５０ａを支えるのに十分であり、試料切片５０ａを液体膜の上に取り付けることにより、試料切片５０ａを第１タンク２１０から順次取り出すことができる。

次に、図７（ｃ）に示すように、ピックアップ装置２４５は、試料切片５０ａをピックアップした後、試料ホルダ２４６の上方に移動することができる。本実施形態において、試料ホルダ２４６は、その上に配置されたシリコンベース２４６ａを有し、試料切片５０ａを収容する。また、ピックアップ装置２４５は、矢印の方向に沿って下向きに移動することにより、試料切片５０ａを試料ホルダ２４６のシリコンベース２４６ａに降ろすことができる。本実施形態において、シリコンベース２４６ａは、開口２４６ａ１を有することができ、開口２４６ａ１の中にシリコン窒化膜６０を配置して、試料切片５０ａを収容する。

試料切片５０ａをシリコンベース２４６ａの開口２４６ａ１内に収容した後、ピックアップ装置２４５は、垂直上向きに移動して、試料ホルダ２４６を退出する。本実施形態において、ピックアップリング２４８内に形成された液体膜を使用して試料切片５０ａを搬送することにより、試料切片５０ａの表面がピックアップ装置２４５で擦られるのを防ぐことができる。さらに、本実施形態は、試料切片５０ａを液体膜で封入することにより、ピックアップ装置２４５がピックアップして運ぶ時に、試料切片５０ａの表面が空気と接触する機会を減らし、それにより、試料切片５０ａに対してより優れた保護を提供する。そのため、試料の各特性が破壊されるのを防ぐことができる。

図８は、図２の試料作製システムにおける複数の試料切片を示す概略図である。上述したように、本実施形態において、試料ブロック５０は、スライスモジュール１１０によって順次スライスされた後、同じ輪郭または連続傾向の輪郭変化を有する複数の試料切片５０ａを形成することができる。本実施形態において、試料切片５０ａの輪郭は、試料ブロック５０の異なる外観に対応する。例えば、異なる試料ブロック５０の断面は、形状が異なるため、スライスモジュール１１０によってスライスされた試料切片５０ａも様々な異なる輪郭を有することができる。図８に示すように、本実施形態において、試料切片５０ａの輪郭は、台形、両端が切断された円、多角形、正方形等であってもよい。また、試料ブロック５０の輪郭設計は、試料ブロック５０が順次スライスされて試料切片５０ａになった時に、試料切片５０ａが互いに折り重なって、試料鎖を形成できるようにする。

本実施形態において、異なる試料ブロック５０によって形成された異なるバッチの試料切片５０ａは、輪郭が異なるため、試料切片５０ａの輪郭を異なるバッチの試料切片５０ａに対する識別標記として使用することができる。また、同じ試料切片５０ａにおいて、試料切片５０ａの断面幅が徐々に増加する、または徐々に減少することにより、輪郭の大きさが徐々に増加する、または徐々に減少する試料切片５０ａを形成することもできる。本実施形態において、同じバッチの試料切片５０ａの輪郭変化の傾向を電子顕微鏡で観察したい試料切片５０ａの順番を決定する表示および依拠として使用することができる。

図９および図１０は、本発明の別の実施形態に係る試料作製システム３００を示す概略図である。図９および図１０を参照すると、本実施形態は、前の図２の実施形態と類似するため、同一の、または類似する参照番号を使用して同一の、または類似する構成要素を示し、同じ技術内容の説明は省略する。本実施形態と前の実施形態の間の相違点は、試料作製システム３００の第１タンク２１０がさらに第１埋込溝２１０ａおよび第２埋込溝２１０ｂを有することであり、第１埋込溝２１０ａまたは第２埋込溝２１０ｂを介して、第１タンク２１０の一側に、または第１タンク２１０の中に第２タンク２８０を埋め込むことができる。

図９に示すように、本実施形態において、第２タンク２８０は、図２に示したスライスモジュール１１０からスライスされた試料切片５０ａを受け取ることができる。そして、第２タンク２８０に注入された流体１０の流動とともに、試料切片５０ａを第２タンク２８０から第１タンク２１０に移動させることができる。例えば、第２タンク２８０が第１タンク２１０の一側に埋め込まれた時、第２タンク２８０を傾けて配置する、または第２タンク２８０内の流体１０を撹拌することによって、試料切片５０ａを第２タンク２８０から第１タンク２１０に運び、試料切片５０ａの後続の配列およびピックアップと配置プロセスを行うことができる。

本実施形態において、第２タンク２８０は、第１タンク２１０に埋め込まれるため、第１タンク２１０は、第２タンク２８０の配置により、様々な種類のスライスモジュール１１０と協働して、様々な種類のスライスモジュール１１０によってスライスされた試料切片５０ａを受け取ることができる。

さらに、図１０を参照すると、本実施形態において、試料作製システム３００は、第１タンク２１０に埋め込まれた第２タンク２８０を含む。また、試料作製システム３００は、開放スロット３０５、および開放スロット３０５内に収容された試料ホルダ配列領域３４６を有する。本実施形態において、第２タンク２８０がスライスモジュール１１０から試料切片５０ａを受け取った後、第２タンク２８０を第１タンク２１０に埋め込むことができる。次に、流体１０を第１タンク２１０にゆっくりと注入することができ、第１タンク２１０の流体表面が第２タンク２８０よりも高くなった時、全体の第２タンク２８０を流体１０の中に浸漬させる。この時、流体１０の流体表面の上昇とともに、第２タンク２８０内の試料切片５０ａを第１タンク２１０内の流体１０の流体表面に運ぶことができる。

配列モジュール２３０およびピックアップモジュール３４０は、それぞれ第１タンク２１０の上に配置され、第１タンク２１０の流体表面にある試料切片５０ａを順次分離する。次に、ピックアップモジュール３４０は、分離された試料切片５０ａを順番に試料ホルダ配列領域３４６の上に運ぶことができる。

本実施形態の試料作製システム３００および第１タンク２１０は、第２タンク２８０の設計および配置により、試料切片および試料の配列およびピックアップと配置を２つの独立した工程に分割することができるため、異なる設計またはサイズの第１タンク２１０を異なる製造工場で作製された様々な異なる種類のスライスモジュールに適用することができる。そのため、試料切片５０ａのプロセスラインを企画上よりフレキシブルにすることができ、試料作製システム３００全体の操作またはメンテナンスをより便利にすることができる。

図１１は、本発明の１つの実施形態に係る試料作製方法を示す概略的フローチャートである。図２、図３（ａ）〜図３（ｃ）、および図１１を参照すると、試料切片５０ａの作製ステップは、スライスモジュール１１０により試料ブロック５０を試料切片５０ａに順次スライスするステップ（ステップＳ４０１）を含む。本実施形態において、同じバッチの試料切片５０ａは、同じ部分の試料ブロック５０を順次スライスすることによって形成されるため、試料切片５０ａは、同じ輪郭、または試料ブロック５０の延伸軸方向の異なる部分における断面にそれぞれ対応する輪郭を有してもよい。

次に、第１タンク２１０により試料切片５０ａを受け取り、試料切片５０ａが第１タンク２１０内の流体１０の上で浮遊する（ステップＳ４０２）。そして、流体１０の流動により搬送された試料切片５０ａを第１タンク２１０内の分離位置に移動させる（ステップＳ４０３）。本実施形態において、試料切片５０ａの分離位置は、例えば、図３（ａ）に示した流路２５０内の配列領域２５６に設置される。次に、配列モジュール２３０により、配列領域２５６内の分離位置に設置された試料切片５０ａを順次分離する（ステップＳ４０４）。その後、ピックアップモジュール２４０が第１タンク２１０から分離された試料切片５０ａをピックアップし、ピックアップモジュール２４０が試料切片５０ａを試料ホルダ２４６の上に順次配置する（ステップＳ４０５）。この時、試料ブロック５０をスライスし、試料切片５０ａを順次配列する全ての処理ステップが実質的に完了する。

以上のように、本発明の実施形態における試料作製システムおよび試料作製方法は、スライスモジュールで試料ブロックを順次スライスし、同じバッチにおいて複数の試料切片を形成することができる。異なる試料ブロックをスライスすることによって形成された異なるバッチの試料切片は、輪郭が異なるため、異なるバッチの試料切片に対する識別標記として使用することができる。また、同じバッチの試料切片は、試料ブロックの外観輪郭の変化に基づいて異なる輪郭サイズまたは形状を有してもよく、順次スライスすることによって形成された試料切片の輪郭変化の傾向は、試料ブロックの外観輪郭における変化に対応する。同じバッチにおける試料切片の異なる輪郭サイズまたは形状は、電子顕微鏡で観察したい試料切片の順番を決定するための表示および依拠として使用することができる。

本発明の実施形態において、スライスモジュールによってスライスされた試料切片をタンクで受け取ることができ、試料切片は、タンク内の流体の上で浮遊することができる。タンク内の流体は、試料切片を搬送し、タンク内に配置された流路に沿って流動することができる。また、配列モジュールおよびピックアップモジュールは、それぞれ流路の上に配置される。配列モジュールは、互いに接触した、または折り重なった試料切片を分離することができ、ピックアップモジュールは、分離された試料切片をタンクから試料ホルダに順番に運び、試料切片を試料ホルダの上に順次配列することができる。

本発明の実施形態の試料作製システムおよび試料作製方法は、自動化された方法で大量の薄片試料切片の連続作製を達成することができ、それにより、試料切片の作製時間を大幅に減らし、処理中の試料の破損および労力を減らし、大量の試料の正確な順次配列を実現させることができる。

以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。

１０ 流体
５０ 試料ブロック
５０ａ 試料切片
６０ シリコン窒化膜
１００、２００ 試料作製システム
１１０ スライスモジュール
１１２ クランプ部
１１２ａ クランプアーム
１１４ 切断工具
１２０、２１０ 第１タンク
１２２ 座繰り穴
１３０、２３０ 配列モジュール
１４０、２４０、３４０ ピックアップモジュール
１４２ 試料ピックアップ装置
１４２ａ 固定台
１４２ｂ 支持アーム
１４６、２４６ 試料ホルダ
２１０ａ 第１埋込溝
２１０ｂ 第２埋込溝
２２０ タンク本体
２２２ チャンバ
２２２ａ 液体入口
２２２ｂ 液体出口
２３２ 第１本体
２３４ 第１検出装置
２３６ 分離装置
２３６ａ 接触部
２３６ｂ 圧電素子
２３６ｃ、２４９ スライドレール
２３９ スライドシュート
２４２ 第２本体
２４４ 第２検出装置
２４５ ピックアップ装置
２４６ａ シリコンベース
２４６ａ１ 開口
２４８ ピックアップリング
２５０ 流路
２５２ 受け取り領域
２５４ ピックアップ領域
２５４ａ 底板
２５６ 配列領域
２６０ 制御装置
２７０ プラットホーム
２８０ 第２タンク
２９０ 計算ユニット
３０５ 開放スロット
Ｄ１ 第１方向
Ｄ２ 第２方向
Ｄ３ 第３方向
Ｄ４ 第４方向
Ｓ４０１〜Ｓ４０５ ステップ

Claims (16)

1. 試料ブロックを複数の試料切片に順次スライスするのに適したスライスモジュールと、
   前記試料切片を受け取るよう構成された第１タンクであって、前記試料切片が、前記第１タンク内の流体上で浮遊し、前記流体の流動とともに移動するのに適した前記第１タンクと、
   前記第１タンクの一側に配置され、前記試料切片を順次分離する配列モジュールと、
   前記第１タンクに結合され、前記試料切片を前記第１タンクから順次ピックアップして、前記試料切片を対応する試料ホルダの上に配置するピックアップモジュールと、
   を含む試料作製システム。
2. 前記スライスモジュールが、
   前記試料ブロックを挟持するよう構成されたクランプ部と、
   前記第１タンクの端部に配置され、前記試料ブロックを順次スライスする切断工具と、
   を含む請求項１に記載の試料作製システム。
3. 前記第１タンクが、
   チャンバ、および前記チャンバを介して接続された液体入口および液体出口を有し、前記流体が、前記液体入口を介して前記チャンバに進入し、流路に沿って流動することにより、前記液体出口から前記チャンバを退出するタンク本体を含み、前記流路が、
   前記液体入口に隣接し、前記試料切片を受け取るよう構成された受け取り領域と、
   前記液体出口に隣接するピックアップ領域と、
   前記受け取り領域と前記ピックアップ領域の間に設置された配列領域と、
   を含み、前記ピックアップモジュールが、前記ピックアップ領域から前記試料切片をピックアップし、前記試料切片が、前記配列領域を順次通過し、前記配列モジュールが、前記試料切片を分離する請求項１に記載の試料作製システム。
4. 前記配列領域の幅が、前記受け取り領域および前記ピックアップ領域の幅よりも小さい請求項３に記載の試料作製システム。
5. 前記配列モジュールが、前記流路の上に配置され、前記配列モジュールが、
   第１本体と、
   前記流路に対応して配置され、前記試料切片の位置を決定する第１検出装置と、
   前記第１本体の上に配置されるとともに、前記第１タンク内の前記試料切片に向かって移動し、２つの隣接する前記試料切片を分離するのに適した分離装置と、
   を含む請求項３に記載の試料作製システム。
6. 前記配列モジュールが、さらに、前記分離装置に結合され、前記分離装置が振動するよう駆動して、前記２つの隣接した試料切片に分離する圧電素子を含む請求項５に記載の試料作製システム。
7. 前記配列モジュールの前記第１本体が、第１方向に沿って前記第１タンクの上に滑動可能に配置された請求項５に記載の試料作製システム。
8. 前記配列モジュールの前記分離装置が、第２方向に沿って前記第１本体の上に滑動可能に配置され、前記第１方向と前記第２方向が直交する請求項７に記載の試料作製システム。
9. 前記ピックアップモジュールが、
   第２本体と、
   前記第２本体の上に配置されたピックアップ装置と、
   前記第１タンクに対応して配置され、前記試料切片の位置を検出する第２検出装置と、
   を含み、前記ピックアップ装置が、前記第２検出装置の検出結果に基づいて、前記第１タンクに相対して移動することにより、前記ピックアップ領域から前記試料切片を順次ピックアップし、前記試料切片を前記対応する試料ホルダの上に配置するのに適した請求項１に記載の試料作製システム。
10. 前記第１タンクの一側に結合された、または前記第１タンクの中に配置された第２タンクをさらに含み、前記第２タンクが、前記スライスモジュールから前記試料切片を受け取るのに適し、前記試料切片が、前記流体により搬送され、前記第２タンクから前記第１タンクへ移動する請求項１に記載の試料作製システム。
11. 前記試料切片の輪郭形状が、台形、両端が切断された円形、または多角形を含む請求項１に記載の試料作製システム。
12. スライスモジュールにより試料ブロックを複数の試料切片に順次スライスするステップと、
    第１タンクで前記試料切片を受け取り、前記試料切片が前記第１タンク内の流体上で浮遊するステップと、
    前記試料切片を前記流体とともに流動させ、前記第１タンク内の分離位置に移動させるステップと、
    配列モジュールにより前記分離位置で前記試料切片を順次分離するステップと、
    ピックアップモジュールにより前記第１タンクから分離した前記試料切片をピックアップし、前記試料切片を試料ホルダの上に順次配置および配列するステップと、
    を含む試料作製方法。
13. 前記スライスモジュールが前記試料ブロックを順次スライスした時、前記試料ブロックの輪郭形状設計により、前記第１タンクで受け取った順次スライスされた前記試料切片を互いに折り重ねて、前記第１タンク内の前記流体上で浮遊する試料鎖を形成するステップをさらに含む請求項１２に記載の試料作製方法。
14. 前記配列モジュールが、前記試料鎖に接近または接触し、各前記試料切片を分離するよう構成された分離装置を有する請求項１３に記載の試料作製方法。
15. 前記スライスモジュールが前記試料ブロックを前記試料切片に順次スライスした後、第２タンクで前記スライスモジュールから前記試料切片を受け取るステップをさらに含む請求項１２に記載の試料作製方法。
16. 前記試料切片を前記第２タンクから前記第１タンクに運ぶステップをさらに含み、
    前記第２タンクが、前記第１タンクの一側に移動可能に埋め込まれる、または前記第１タンクの中に配置され、前記流体が、前記第２タンクに注入され、前記流体とともに前記試料切片を前記第２タンクから前記第１タンクへ搬送し、前記試料切片の後続の分離ステップを順番に実行する請求項１５に記載の試料作製方法。

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