JP4840763B2 - 自動薄切片作製装置及び自動薄切片標本作製装置 - Google Patents

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Description

本発明は、理化学実験や顕微鏡観察等に用いられる薄切片を自動的に作製する自動薄切片作製装置、及び、作製された薄切片を基板上に固定して薄切片標本を自動的に作製する自動薄切片標本作製装置に関するものである。
従来より、新薬開発において臨床試験に先立ち、実験動物による毒性試験や病理検査等が行われている。これらの試験や検査は、スライドガラス等の基板上に、厚さが数μm(例えば、3μm〜5μm)の薄切片が固定された薄切片標本を用いて行われるものである。薄切片としては、薬物を投与したネズミやウサギ等の実験動物を剖検し、病理検査のために薄切りしたものが使用されている。また、種々の部位(例えば、脳や肺等)毎に作製されている。
このような薄切片標本を作製する装置として、ミクロトームが知られている。ここで、ミクロトームを利用して薄切片試料を作製する一般的な方法について説明する。
まず、ホルマリン固定された生物や動物等の生体試料をパラフィン置換した後、更に周囲をパラフィンで固めて強固にして、ブロック状態の包埋ブロックを作製する。次に、この包埋ブロックを専用の薄切り装置であるミクロトームにセットして、粗削りを行う。この粗削りによって、包埋ブロックの表面が平滑面となると共に、実験や観察の対象物である包埋された生体試料が表面に露出した状態となる。
粗削りが終了した後、本削りを行う。これは、ミクロトームが有する切断刃により、包埋ブロックを上述した厚みで極薄にスライスする工程である。これにより、薄切片を得ることができる。この際、包埋ブロックを可能な限り薄くスライスすることで、薄切片の厚みを細胞レベルの厚みに近付けることができるので、より品質の高い薄切片標本を得ることができる。よって、可能な限り厚さが薄い薄切片を作製することが求められている。なお、この本削りは、必要枚数の薄切片が得られるまで連続して行う。
次いで、本削りによって得られた薄切片を伸展させる伸展工程を行う。つまり、本削りによって作製された薄切片は、上述したように極薄の厚みでスライスされたものであるので、皺がついた状態や、丸まった状態(例えば、Uの字状)となってしまう。そこで、この伸展工程によって、皺や丸みを取って伸ばす必要がある。
一般的には、水とお湯を利用して伸展させている。始めに、本削りによって得られた薄切片を水の中に浸漬させる。これにより、生体試料を包埋しているパラフィン同士のくっつきを防止しながら、薄切片の大きな皺や丸みを取ることができる。その後、薄切片をお湯の中に浸漬させる。これにより、薄切片が伸び易くなるので、水による伸展では取りきれなかった残りの皺や丸みを取ることができる。
そして、お湯による伸展が終了した薄切片をスライドガラス等の基板で掬って該基板上に載置する。なお、この時点で仮に伸展が不十分であった場合には、基板ごとホットプレート等に乗せてさらに熱を加える。これにより、薄切片をより伸展させることができる。
最後に、薄切片を乗せた基板を乾燥器内に入れて乾燥させる。この乾燥により、伸展で付着した水分が蒸発すると共に、薄切片が基板上に固定される。その結果、薄切片標本を作製することができる。
ここで、包埋ブロックとして使用するパラフィンは、生体組織の変性を防ぐため、極力低い温度の融点のものが望ましいが、その反面、薄切する作業環境温度中での軟化を防ぐため、融点はできるだけ高い方が良い。そこで、現実的には両者の妥協点を取って、融点が約60℃のパラフィンが用いられている。
しかしながら、このようなパラフィンを使用したとしても、作業環境の温度は低くてもパラフィンが軟化し始める温度にあたる20℃が限界とされているので、時間の経過と共に徐々に軟化する恐れがある。仮にパラフィンが軟化してしまうと、薄切が困難になってしまい、包埋ブロックから切り出した薄切片が破けてしまったり、変形が起き易くなったりしてしまう。そこで、このような不具合を極力防止するため、一般には包埋ブロックを予め冷蔵庫や氷水等で冷やしておく。そして、この冷却された包埋ブロックを、切断を行う直前にミクロトームにセットして、薄切片の切り出しを行っている。
ところが、上述した方法を採用したとしても、始めのうちは問題ないが、包埋ブロックは時間と共に温度が上昇してしまうので、包埋ブロックの伸び、パラフィンの硬さや摩擦係数等が徐々に変化してしまう。つまり、常に同じ条件で切断を行うことができなかった。そのため、薄切片を作製する際に、作業者が切り出した薄切片から経験的に厚さや形状等を判断して、ミクロトームの切り込み量の微調整や、氷で包埋ブロックの表面を一時的に冷却する等の調節を補助的に行わざるをえなかった。
そこで、このような不具合をできるだけ解消するため、包埋ブロックを保持する部分にペルチェ素子を組み込み、該ペルチェ素子により包埋ブロックの底面を冷却する装置が提供されている(例えば、特許文献1参照)。この装置によれば、予め冷却した包埋ブロックの温度上昇をできるだけ抑えた状態で薄切片の切り出しを行うことができる。
特開2004−317515号公報
しかしながら、上述した従来の装置では、まだ以下の課題が残されていた。
即ち、上述した装置は、ペルチェ素子により包埋ブロックの底面を冷却するものであるので、包埋ブロックの表面近傍(例えば、表面から数μmの範囲)の温度をコントロールすることが難しかった。つまり、パラフィンは、熱伝導係数が小さいので、底面を冷却したとしても、切削に関与する表面温度をコントロールし難かった。これにより、薄切片を作製する際に、切断刃との摩擦で生じる熱を吸熱できず、熱の影響により良質な薄切片を均一に作製することができなかった。即ち、熱によってパラフィンの硬さや摩擦係数等が変化してしまい、薄切片に変形や破れが生じ易かった。そのため、やはり人手による勘と経験に基づいた補助的な調節を行わざるをえなかった。特に、このことが薄切片の自動化を著しく妨げる要因となっていた。
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、包埋ブロックの表面の温度変化を防止して、高品質な薄切片を自動的に作製することができる自動薄切片作製装置、及び、これを備えた自動薄切片標本作製装置を提供することである。
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明の自動薄切片作製装置は、生体試料が包理剤に包埋された包埋ブロックを所定の厚みで切断して、シート状の薄切片を切り出す自動薄切片作製装置であって、前記包埋ブロックを載置固定する固定台と、該固定台上に配された切断刃を有し、該切断刃と前記固定台とを相対的に移動させて前記包埋ブロックから前記薄切片を切り出す切断手段と、前記固定台及び前記切断手段を内部に収容する筐体と、切り出された前記薄切片を、前記筐体の外部に搬送する薄切片搬送手段と、前記筐体内に温度制御された冷風を外部から供給し、少なくとも前記包埋ブロックの周囲温度を所定温度に調整する温度調整手段と、前記筐体内に配され、前記包埋ブロックの表面に向けて、温度制御された第2の冷風を局所的に吹き付ける冷風吹付手段と、を備え、前記冷風吹付手段は、前記包埋ブロックの表面温度を非接触で測定する温度測定手段と、該温度測定手段で測定された温度に基づいて、前記包埋ブロックの表面温度が所望する温度になるように前記第2の冷風の温度を調整する第2の温度調整手段と、を備えていることを特徴とするものである。
この発明に係る自動薄切片作製装置においては、まず、手動若しくはロボット等により、例えば予め冷却された包埋ブロックを固定台上に載置固定させる。包埋ブロックが載置固定されると、切断手段が固定台と切断刃とを相対的に移動させて、包埋ブロックを所定の厚み(例えば、5μmの極薄)でシート状に切断(スライス)する。これにより、薄切片を切り出して作製することができる。また、この作製された薄切片は、薄切片搬送手段によって筐体の外部に搬送される。
このように、切断手段及び薄切片搬送手段を備えているので、固定台に載置固定された包埋ブロックから薄切片を複数枚自動的に作製して、次々と筐体の外部に搬送することができる。そして、固定台に複数の包埋ブロックを順に載置することで、複数の包埋ブロックから、それぞれ複数枚の薄切片を自動的に作製して筐体の外部に搬送できる。
特に、包埋ブロックの切断を行う際に、温度調整手段が筐体内に温度制御された冷風を供給しており、少なくとも包埋ブロックの周囲の温度が所定温度になるように温度調整を行っている。よって、包埋ブロックが予め冷却されていたとしても、従来とは異なり、時間の経過と共に表面温度が上昇し難い。特に従来のものは、包埋ブロックの下面を単に冷却するものであったが、温度調整手段は冷風を供給することで直接的に包埋ブロックの周囲温度の調整を行っている。よって、包埋剤として熱伝導係数が小さいパラフィン等を用いたとしても、表面の温度を調整し易い。加えて、体積当たりの熱量が小さい空気を冷風として利用することからも、温度調整がし易い。更に、冷風を利用するので、切断手段による薄切片の切り出しに何ら影響を与えることはない。
このように、温度調整手段を備えているので、固定台上に載置されてから、薄切片の作製が終了するまでの間、包埋ブロックの表面の温度変化を極力抑えることができる。そのため、パラフィン等の包理剤の硬さ、摩擦係数や粘度等、機械的性質を変化させ難い。その結果、包埋ブロックを同じ条件で切断することができ、均一で高品質な薄切片を作製することができる。
上述したように、本発明の自動薄切片作製装置によれば、冷風を供給することで、包埋ブロックの表面の温度変化を極力抑えることができるので、高品質で均一な薄切片を自動的に作製することができる。また、冷風を利用するので、従来のペルチェ素子を利用する場合とは異なり、結露が生じ難い。
更に、包埋ブロックの切断を行う際に、筐体内において冷風吹付手段が、包埋ブロックの表面に向けて温度制御された第2の冷風を局所的に吹き付けている。これにより、包埋ブロックの表面をより確実に冷却することができる。従って、包埋ブロックの表面温度の上昇をさらに抑えることができ、より均一で高品質な薄切片を確実に作製することができる。
更には、放射温度計等の温度測定手段が、第2の冷風が吹き付けられている包埋ブロックの表面温度を測定している。そして、第2の温度調整手段が、測定された温度に基づいて包埋ブロックの表面温度が所望する温度になるように、第2の冷風の温度をフィードバック制御する。これにより、包埋ブロックの表面温度をより高精度に温度制御することができる。また、温度測定手段は、包埋ブロックの表面温度を非接触状態で測定するので、切断手段による薄切片の切り出しに何ら影響を与えることはない。
また、本発明の自動薄切片作製装置は、上記本発明の自動薄切片作製装置において、前記温度制御手段が、前記包埋ブロックの周囲温度が5℃から20℃の範囲内に収まるように温度調整を行うことを特徴とするものである。
この発明に係る自動薄切片作製装置においては、包埋ブロックの周囲温度が5℃から20℃の範囲内に収まるように温度調整するので、パラフィン等の包理剤の表面温度も同じように5℃から20℃の温度範囲内に収まるように温度調整される。特に、包理剤として、一般的にパラフィンを使用するが、このパラフィンは5℃〜20℃以上の温度になると、軟化し始めて機械的性質が急激に変化し易い。ところが、上述したように温度調整手段によって上記温度範囲内に収まるように包理剤の表面温度が調整されるので、包理剤としてパラフィンを用いたとしても、パラフィンの機械的性質を一定に保つことができる。よって、より同じ条件で包埋ブロックを切断でき、均一な薄切片を得易い。
また、本発明の自動薄切片作製装置は、上記本発明の自動薄切片作製装置において、前記温度調整手段が、前記筐体に前記冷風を供給する供給管路と、前記筐体内の気体を外部に排出させる排出管路と、該排出管路から排出された気体を、前記冷風として前記供給管路から再度供給させる冷風供給手段とを備え、前記筐体内で前記冷風を循環させる自動薄切片作成装置を特徴とするものである。
この発明に係る自動薄切片作製装置においては、冷風供給手段が供給管路を通して冷風を筐体内に送り込んで供給している。この供給された冷風は、筐体内において包埋ブロックの周囲を冷却する。これにより、少なくとも包埋ブロックの表面が冷却される。また、筐体内の気体は、排出管路を通って筐体の外部に排出されると共に、冷風供給手段によって、再度冷風として筐体内に途切れることなく連続的に送り込まれる。つまり冷風は、冷風供給手段によって、供給管路、筐体及び排出管路の順に循環しながら流れる。
よって、筐体内に搬送された包埋ブロックの周囲を効率良く冷却することができ、包埋ブロックの表面をより確実に冷却することができる。また、冷風を循環させるので、効率良く冷風を供給でき、低コスト化を図ることができる。
また、本発明の自動薄切片作製装置は、上記本発明の自動薄切片作製装置において、前記固定台には、前記包埋ブロックに接触して該包埋ブロックを冷却する固定台用冷却機構が組み込まれていることを特徴とするものである。
この発明に係る自動薄切片作製装置においては、固定台に固定台用冷却機構が組み込まれているので、該固定台上に載置固定された包埋ブロックを固定台側からさらに冷却させることができる。そのため、冷風吹付手段で吹き付けられた第2の冷風の冷却効果を高めることができ、冷却効率を向上させることができる。
また、本発明の自動薄切片作製装置は、上記本発明のいずれかの自動薄切片作製装置において、前記切断手段が、前記切断刃に接触して該切断刃を冷却する切断刃用冷却機構を備えていることを特徴とするものである。
この発明に係る自動薄切片作製装置においては、切断刃用冷却機構により切断刃自体を冷却できるので、包埋ブロックから薄切片を切り出す際に、切断刃の温度によって薄切片が軟化してしまうことを防止できる。そのため、薄切片が切断刃に粘着することを防止でき、該粘着に起因する薄切片の変形等を防止できる。また、薄切片が切断刃に粘着し難いので、該薄切片を薄切片搬送手段により筐体の外部に搬送し易い。
また、本発明の自動薄切片標本作製装置は、上記本発明のいずれかの自動薄切片作製装置と、前記包埋ブロックを前記筐体の外部から前記固定台上に搬送するブロック搬送手段と、前記薄切片搬送手段によって搬送された前記薄切片を、少なくとも液体内に浸漬させて伸展させる伸展手段と、伸展された前記薄切片を、基板上に転写させて薄切片標本を作製する転写手段とを備えていることを特徴とするものである。
この発明に係る自動薄切片標本作製装置においては、ブロック搬送手段を備えているので、複数の包埋ブロックを簡単且つ容易に、順々に固体台上に搬送することができる。また、薄切片搬送手段によって筐体の外部に搬送された薄切片は、伸展手段が有する、例えば水等の液体内に浸漬されて伸展される。つまり、水の中に浸漬された薄切片は、表面張力によって切断時に生じた皺や丸みが取れて伸びた状態となるので伸展される。この伸展手段によって伸展された薄切片は、転写手段によりスライドガラス等の基板上に転写される。これにより、基板上に薄切片が転写された薄切片標本を作製することができる。
特に、自動薄切片作製装置で作製された薄切片は、均一で高品質な薄切片であるので、薄切片標本に関しても同様に高品質なものを作製することができる。よって、この薄切片標本を用いた各種の試験や検査等の精度をより高めることができ、信頼性を向上することができる。
本発明に係る自動薄切片作製装置によれば、包埋ブロックの表面の温度変化を極力抑えることができるので、高品質で均一な薄切片を自動的に作製することができる。
また、本発明に係る自動薄切片標本作製装置によれば、同じ温度条件で作製されて均一で高品質な薄切片を用いるので、同様に高品質な薄切片標本を自動的に作製することができる。従って、該薄切片標本を用いた各種の試験や検査等の精度をより高めることができ、信頼性を向上することができる。
以下、本発明に係る自動薄切片作製装置及び自動薄切片標本作製装置の第1実施形態を、図1から図4を参照して説明する。なお、本実施形態では、生体試料として、鼠等の実験動物から採取した生体組織を例に挙げて説明する。
本実施形態の自動薄切片標本作製装置1は、生体組織Sが包理剤に包埋された包埋ブロックBから作製された薄切片B1を、スライドガラス(基板)G上に転写させて薄切片標本Hを作製する装置である。
即ち、自動薄切片標本作製装置1は、図1に示すように、包埋ブロックBを、自動薄切片作製装置3のケーシング13の外部から固定台10上に搬送するブロックハンドリングロボット(ブロック搬送手段)2と、搬送された包埋ブロックBから薄切片B1を作製する自動薄切片作製装置3と、該自動薄切片作製装置3の切片ハンドリング機構(薄切片搬送手段)14によって搬送された薄切片B1を、少なくとも水(液体)Wの中に浸漬させて伸展させる伸展機構(伸展手段)4と、伸展された薄切片B1を、スライドガラスG上に転写させて薄切片標本Hを作製するスライドガラスハンドリングロボット(転写手段)5とを備えている。
上記自動薄切片作製装置3は、上記包埋ブロックBを所定の厚みで切断して、シート状の薄切片B1を切り出して作製する装置である。
即ち、自動薄切片作製装置3は、上記ブロックハンドリングロボット2によって搬送された包埋ブロックBを載置固定する固定台10と、該固定台10上に配された切断刃11を有し、該切断刃11と固定台10とを相対的に移動させて包埋ブロックBから上記薄切片B1を切り出す切断機構(切断手段)12と、固定台10及び切断機構12を内部に収納するケーシング(筐体)13と、切り出された薄切片B1を、ケーシング13の外部に搬送する切片ハンドリング機構(薄切片搬送手段)14と、ケーシング13内に温度制御された冷風A1を外部から供給し、少なくとも包埋ブロックBの周囲温度を所定温度に調整する温度調整手段15とを備えている。
包埋ブロックBは、図2に示すように、ホルマリン固定された生体組織S内の水分をパラフィン置換した後、さらに周囲をパラフィン等の包理剤によってブロック状に固めたものである。これにより、生体組織Sがパラフィン内に包埋された状態となっている。また、この包埋ブロックBは、箱状に形成されたカセット20上に載置固定されている。
固定台10は、図1に示すように、固定された切断刃11に向かうX方向に伸びたガイドレール21に沿って移動可能なXステージ22と、該Xステージ22上に取り付けられ、鉛直方向に向かうZ方向に移動可能なZステージ23とから構成されている。また、ガイドレール21は、切断刃11を越えた反対側にまで延びた状態で取り付けられている。Xステージ22は、図示しないモータ等によって、ガイドレール21上を往復運動するようになっている。また、Zステージ23には、内部に図示しないピエゾ素子等が組み込まれており、電圧が印加されることでZ方向に一定量毎上昇するように高さ制御されている。この際、Zステージ23は、Xステージ22がガイドレール21を1往復する毎に、一定量だけ上昇するように制御されている。
これにより、固定台10上、即ち、Zステージ23上に載置固定された包埋ブロックBは、Xステージ22の移動に伴って切断刃11に向けて移動して、該切断刃11によって切断されるようになっている。この際、Zステージ23によって高さ制御されているので、所定の厚み(例えば、5μm)で表面が切断される。その結果、シート状の薄切片B1が作製される。これについては、後に詳細に説明する。なお、Xステージ22の往復運動と、該往復運動に同期したZステージ23の上昇とによって、包埋ブロックBから複数毎の薄切片B1が次々と作製されるようになっている。
上述したガイドレール21、Xステージ22、Zステージ23及び切断刃11は、上記切断機構12を構成している。なお、本実施形態では、切断刃11を固定し、該切断刃11に対して固定台10側を移動させることで包埋ブロックBを切断する構成としたが、切断機構12はこの構成に限られるものではない。例えば、固定台10を固定し、該固定台10に対して切断刃11を移動させても構わないし、固定台10と切断刃11とを共に移動させて、切断機構12を構成しても構わない。いずれにしても、固定台10と切断刃11とを、相対的に移動させるように構成すれば構わない。
ケーシング13は、少なくとも上記固定台10及び切断機構12を内部に収容する箱状に形成されており、側面にはブロックハンドリングロボット2及び切片ハンドリング機構14の一部を、出し入れするための図示しない出入口がそれぞれ形成されている。
また、ケーシング13の上部には、外部から冷風A1が供給される供給管路25の一端側と、ケーシング13内の気体A2を外部に排出させる排出管路26の一端側とが取り付けられている。これら供給管路25の他端側と排出管路26の他端側とは、対向する形でそれぞれボックス27の側面に接続されている。このボックス27内には、排出管路26側から順にファン28、冷却器29aに接続された熱交換器29及びヒータ30が内蔵されている。
ファン28は、排出管路26を通してケーシング13内の気体A2を吸い上げると共に、吸い上げた気体A2を熱交換器29に向けて吹き付けている。この熱交換器29は、吹き付けられた気体A2の熱を吸熱して、冷風A1に変化させている。また、ヒータ30は、ヒータ制御回路31に電気的に接続されており、発熱量がコントロールされている。この、ヒータ制御回路31は、供給管路25内に取り付けられた温度センサ32からの測定結果を受けて、ヒータ30の発熱量を制御している。つまり、熱交換器29によって変化した冷風A1は、ヒータ30によって加熱されて温度調整された後、供給管路25を通ってケーシング13内に供給されるが、供給管路25の途中で温度センサ32によって温度が測定される。ヒータ制御回路31は、この温度センサ32が測定した結果に基づいて、ヒータ30の発熱量をフィードバック制御する。
これにより、冷風A1は、確実に所望する温度に調整された状態でケーシング13内に供給されるようになっている。また、ケーシング13内に供給されて気体A2となった冷風A1は、ファン28によって排出管路26を通ってケーシング13の外部に排出されると共に、再度温度制御された冷風A1となってケーシング13内に供給される。
つまり、上述したファン28、熱交換器29、ヒータ30、ヒータ制御回路31及び温度センサ32は、冷風A1を供給管路25、ケーシング13及び排出管路26の順で循環させる冷風供給手段33を構成している。更に上述した供給管路25、排出管路26及び冷風供給手段33は、上記温度調整手段15を構成している。
なお、本実施形態では、包埋ブロックBの周囲温度が5℃から20℃の範囲に収まるように、冷風A1の温度を10℃に調整している。
また、固定台10の上方には、例えば、ガイドレール21と同じX方向に延びる水平ガイドレール40が図示しない支持部によって取り付けられている。この水平ガイドレール40は、ケーシング13の一方の側面に形成された出入口を通ってケーシング13の外部にまで延びている。また、ケーシング13の外部には、この水平ガイドレール40の下方に位置した状態で、ケーシング13側から順に水(液体)Wを貯留した水槽41と、未使用のスライドガラスGを収納するスライドガラス収納棚42と、作製された薄切片標本Hを収納する収納棚43とが設けられている。
また、ケーシング13内において、水平ガイドレール40には、該水平ガイドレール40に沿って移動可能な水平ステージ45が取り付けられている。そして、この水平ステージ45には、Z方向に移動可能であると共に、包埋ブロックBから切り出された薄切片B1を、例えば静電気を利用して先端に吸着可能なアーム部46が取り付けられている。なお、静電気に限られず、吸引力や接着剤等を利用して薄切片B1を捕らえても構わない。また、アーム部46は、吸着した薄切片B1を、出入口を通ってケーシング13の外部に設けられた水槽41まで搬送し、貯留された水Wの中に浸漬させるようになっている。即ち、上述した水平ガイドレール40、水平ステージ45及びアーム部46は、上記切片ハンドリング機構14を構成している。
また、水平ガイドレール40には、上記水平ステージ45に加え、該水平ガイドレール40に沿って移動可能な水平ステージ50がケーシング13の外部において取り付けられている。なお、この水平ステージ50は、単に水平方向に移動するだけでなく、Z軸周りに回転可能とされている。この水平ステージ50には、Z方向に直交する一軸周りに回転可能な状態でスライドガラス把持ロボット51が取り付けられている。また、スライドガラス把持ロボット51は、一定距離離間した状態で平行に配されると共に互いの距離を接近離間自在に調整可能な一対のアーム部51aを備えている。
そしてこれら水平ステージ50及びスライドガラス把持ロボット51をそれぞれ適宜作動させることで、スライドガラス収納棚42から未使用のスライドガラスGを把持すると共に、水槽41内に浮いている薄切片B1を、把持したスライドガラスG上に転写して薄切片標本Hを作製することができるようになっている。更には、作製した薄切片標本Hを収納棚43に収納することもできるようになっている。これについては、後に詳細に説明する。
これら上述した水平ガイドレール40、水平ステージ50及びスライドガラス把持ロボット51は、上記スライドガラスハンドリングロボット5を構成している。
なお、本実施形態では、水平ガイドレール40が、切片ハンドリング機構14及びスライドガラスハンドリングロボット5を共に構成する兼用部品となっている。
また、ケーシング13の外部には、図1、図3及び図4に示すように、Z方向に延びるZ軸ガイドレール55が取り付けられている。このZ軸ガイドレール55には、該Z軸ガイドレール55に沿って移動可能な昇降ステージ56が取り付けられている。また、昇降ステージ56には、水平方向に延びた水平ガイドレール57が取り付けられている。この際、水平ガイドレール57の一端側は、ケーシング13の他方の出入口を通ってケーシング13の内部にまで延びている。そして、この水平ガイドレール57に、該水平ガイドレール57に沿って移動可能な水平ステージ58が取り付けられている。なお、水平ステージ58は、単に水平方向に移動するだけでなく、Z軸周りに回転可能とされている。
また、水平ステージ58には、一定距離離間した状態で平行に配されると共に、互いの距離を接近離間自在に調整可能な一対のアーム部59aを有する把持ロボット59が取り付けられている。そして、昇降ステージ56、水平ステージ58及び把持ロボット59をそれぞれ適宜作動させることで、包埋ブロックBをケーシング13の外部から固定台10上に搬送することができるようになっている。これについては、後に詳細に説明する。
上述したZ軸ガイドレール55、昇降ステージ56、水平ガイドレール57、水平ステージ58及び把持ロボット59は、上記ブロックハンドリングロボット2を構成している。
次に、このように構成された自動薄切片標本作製装置1により、包埋ブロックBから数枚の薄切片標本Hを作製する場合について、以下に説明する。
まず、作業者は、予め冷却された包埋ブロックBを、ブロックハンドリングロボット2の把持ロボット59が有する一対のアーム部59a間に位置させる。すると、把持ロボット59は、図4に示すように、包埋ブロックBが載置されているカセット20を一対のアーム部59aで挟持し、包埋ブロックBを作業者から受け取る。そして、ブロックハンドリングロボット2は、包埋ブロックBを受け取った後、カセット20を挟持したまま昇降ステージ56及び水平ステージ58を適宜作動させて、図3に示すように、包埋ブロックBを、出入口を介してケーシング13内に搬送すると共に固定台10上に載置する。
固定台10上に包埋ブロックBが載置されると、切片ハンドリング機構14の水平ステージ45が水平ガイドレール40に沿って移動して、アーム部46の先端が包埋ブロックBの切断開始位置近傍に待機した状態となる。
次いで、Xステージ22をガイドレール21に沿って移動させ、切断刃11によって包埋ブロックBを所定の厚み(例えば、5μm)でシート状にスライスする。これにより、包埋ブロックBから薄切片B1が切り出される。一方、包埋ブロックBの切断開始位置近傍に先端が待機したアーム部46は、切断刃11によって包埋ブロックBから切り出され始めた薄切片B1を静電気によって吸着する。そして、Xステージ22の移動に合わせて、アーム部46が取り付けられた水平ステージ45が水平ガイドレール40に沿って動く。これにより、薄切片B1に外力を加えることなく、アーム部46の先端に、薄切片B1を確実に吸着させることができる。
切片ハンドリング機構14は、アーム部46の先端に薄切片B1を吸着した後、水平ステージ45を移動させて薄切片B1を一方の出入口からケーシング13の外部に搬送する。そして、伸展機構4が有する水槽41の上方にアーム部46が達したときに、該アーム部46をZ方向に下降させて先端を水Wの中に入れる。これにより、アーム部46の先端に吸着されていた薄切片B1は、吸着が解かれて水Wの中に浸漬されて浮かんだ状態となる。水Wの中に浸漬された薄切片B1は、表面張力により切断時に生じた皺や丸みが取れて伸び、伸展した状態となる。
一方、上述した薄切片B1の切り出し及び搬送に合わせて、スライドガラスハンドリングロボット5は、水平ステージ50及びスライドガラス把持ロボット51を適宜作動させて、スライドガラス収納棚42から未使用のスライドガラスGを1枚取り出し、水槽41上方にて待機している。
即ち、まず水平ステージ50及びスライドガラス把持ロボット51を適宜作動させて、スライドガラス把持ロボット51の一対のアーム部51aをスライドガラス収納棚42に挿し込ませる。次いで、一対のアーム部51aを互いに接近させるように作動させて、未使用のスライドガラスGを1枚挟み込んで挟持固定する。そして、スライドガラスGを挟持したまま、再度水平ステージ50及びスライドガラス把持ロボット51を適宜作動させて、スライドガラスGを引き出し、水槽41上方に移動させる。そしてこの状態のまま、水槽41に薄切片B1が搬送されてくるまで待機する。
そして、上述したように水槽41内に薄切片B1が搬送されて、水Wの中に浸漬された状態が一定時間経過した後、図1に示すように、スライドガラスハンドリングロボット5は、水平ステージ50及びスライドガラス把持ロボット51を適宜作動させて、把持しているスライドガラスGを用いて水Wに浮かんでいる薄切片B1を掬い上げる。これにより薄切片B1は、スライドガラスG上に転写された状態となる。その結果、薄切片標本Hが作製される。最後にスライドガラスハンドリングロボット5は、作製した薄切片標本Hを収納棚43まで搬送し、該収納棚43に入れて保管する。
上述したように、本実施形態の自動薄切片標本作製装置1によれば、包埋ブロックBから薄切片標本Hを自動的に作製して、作製した薄切片標本Hを収納棚43に保管させることができる。よって、作業者の負担を軽減することができる。また、Xステージ22をXガイドレール21に沿って往復運動させることで、1つの包埋ブロックBから必要な枚数の薄切片B1を自動で作製して、薄切片標本Hを作製することができる。
なお、ブロックハンドリングロボット2は、必要枚数の薄切片B1の作製が終了すると、使用済みの包埋ブロックBを固定台10上からケーシング13の外部に搬送する。これにより作業者は、使用済みの包埋ブロックBを、新しい次の包埋ブロックBに取り替えることができる。そして、上述した各工程を繰り返すことで、次の包埋ブロックBから必要枚数の薄切片標本Hを自動的に作製することができる。
特に、本実施形態の自動薄切片標本作製装置1は、温度調整手段15を有する自動薄切片作製装置3を備えているので、包埋ブロックBがブロックハンドリングロボット2によってケーシング13内に搬送される前に、予めケーシング13内に温度制御された冷風A1を供給している。即ち、熱交換器29によって冷却された気体A2を、ファン28によって供給管路25に送り込むことで、ケーシング13内に冷風A1を供給している。この際、ヒータ制御回路31は、温度センサ32が測定した冷風A1の温度(供給管路25内を流れる冷風A1の温度)に基づいて、ヒータ30を加熱して冷風A1の温度調整を行っているので、確実に所望する温度の冷風A1(即ち、10℃の冷風A1)をケーシング13内に供給することができる。なお、この冷風温度は、包埋ブロックBの周囲の温度が、5℃から20℃の範囲内に収まるように計算された温度である。
よって、予め冷却された包埋ブロックBは、固定台10上に載置固定された後、冷風A1によって周囲が冷却されるので、従来とは異なり時間の経過と共に表面温度が上昇し難い。特に、従来のものは、包埋ブロックBの下面を単に冷却するものであったが、本実施形態では冷風A1を供給することで直接的に包埋ブロックBの周囲の温度調整を行っている。よって、熱伝導係数が小さいパラフィンを主成分とする包埋剤の表面温度を、正確に温度調整し易い。加えて、体積当たりの熱容量が小さい空気を冷風A1として利用することからも、温度調整がし易い。また、冷風A1を利用するので、切断手段による薄切片B1の切り出しに何ら影響を与えることはない。
このように、温度調整手段15を備えているので、ブロックハンドリングロボット2によって固定台10上に搬送されてから、薄切片B1の作製が終了するまでの間、包埋ブロックBの表面の温度変化を抑えることができる。そのため、パラフィンの硬さ、摩擦係数や粘度等、機械的性質を変化させ難い。その結果、包埋ブロックBを同じ条件で切断することができ、均一で高品質な薄切片B1を作製することができる。
そのため、この薄切片B1を用いて作製された薄切片標本Hに関しても、同様に高品質にすることができる。よって、この薄切片標本Hを用いた各種の試験や検査等の精度を高めることができ、信頼性を向上することができる。
また、ケーシング13内に供給された冷風A1は、少なくとも包埋ブロックBの周囲を冷却した後、ケーシング13内に気体A2となって充満する。ここで、ケーシング13内には排出管路26が設けられているので、この気体A2は排出管路26を通ってファン28に吸い出される。そして、吸い出された気体A2は、ファン28によって熱交換器29に吹き付けられ、再度冷風A1となってケーシング13内に供給される。このように冷風A1は、冷風供給手段33によって供給管路25、ケーシング13及び排出管路26の順に、途切れることなく循環しながら流れる。
よって、ケーシング13内に搬送された包埋ブロックBの周囲を効率良く冷却することができ、包埋ブロックBの表面の温度をより冷却することができる。また、冷風A1を循環させるので、効率良く冷風A1を供給でき、低コスト化を図ることができる。
次に、本発明に係る自動薄切片標本作製装置の第2実施形態を、図5を参照して説明する。なお、この第2実施形態においては、第1実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第2実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態では、ケーシング13内に冷風A1を供給することで、包埋ブロックBの表面を冷却していたが、第2実施形態では、自動薄切片作製装置60が、包埋ブロックBの表面に局所的に冷風A1を吹き付けて、より正確に包埋ブロックBの表面温度をコントロールする点である。
即ち、本実施形態の自動薄切片作製装置60は、図5に示すように、ケーシング13内に配され、包埋ブロックBの表面に向けて、温度制御された冷風A3(第2の冷風)を局所的に吹き付ける冷風吹付手段61を備えている。
具体的に冷風吹付手段61は、ファン62、冷却器62aに接続された熱交換器62を内蔵するボックス63と、該ボックス63に一端側が接続された可撓性のフレキシブルパイプ64と、該フレキシブルパイプ64の他端側に接続された冷風吹出口65とを備えている。
上記ファン62は、ボックス63の側面に取り付けられたフィルタ66を通してケーシング13内の気体A2を取り込んで、熱交換器62に吹き付けている。熱交換器62は、内部に冷却器62aから送られた冷媒が循環しており、ファン62によって吹き付けられた気体A2の熱を吸熱している。これにより、気体A2は冷却され、冷風A3となってフレキシブルパイプ64内に供給される。
フレキシブルパイプ64は、蛇腹状のパイプであり、他端側に接続された冷風吹出口65の先端を包埋ブロックBの表面近傍に位置させるように調整されている。本実施形態では、フレキシブルパイプ64は、Xステージ22の移動に同期して移動するようになっており、常に冷風吹出口65の先端が包埋ブロックBの表面近傍に位置するようになっている。
冷風吹出口65は、先端に向けてテーパ状になっており、冷風A3をより集中して局所的に吹き付けることができるようになっている。また、冷風吹出口65の内部には、ファン66が内蔵されており、フレキシブルパイプ64を通ってきた冷風A3の速度を上げて、確実に吹き出せるように補助している。
また、本実施形態の冷風吹付手段61は、包埋ブロックBの表面温度を非接触で測定する放射温度計(温度測定手段)67と、該放射温度計で測定された温度に基づいて、包埋ブロックBの表面温度が10℃になるように冷風A3の温度を調整する温度調整機構(第2の温度調整手段)68とを備えている。
放射温度計67は、Xステージ22と共に移動する包埋ブロックBの表面に赤外線Iを放射して、非接触状態で温度を測定すると共に、測定した温度を比較部69に出力している。比較部69は、送られてきた測定温度を、予め設定された基準温度(例えば、5℃から20℃の範囲内である10℃)と比較して、その温度差を温度制御回路70に出力する。温度制御回路70は、送られてきた温度差をなくすように(“0”に近づけるように)、熱交換器62とフレキシブルパイプ64との間に位置するようにボックス63内に設けられたヒータ71を加熱して、冷風A3の温度を制御する。これにより、包埋ブロックBの表面温度(例えば、表面から5μmの深さまでの範囲の温度)は、冷風A3によって確実に10℃に維持された状態となっている。
上述した比較部69、温度制御回路70及びヒータ71は、上記温度調整機構68を構成している。
また、本実施形態の自動薄切片作製装置60は、包埋ブロックBに接触して、該包埋ブロックBを任意の温度に冷却させる固定台用冷却機構75が固定台10に組み込まれている。即ち、Zステージ23上に、冷却ブロック76及びペルチェ素子77が順に取り付けられており、ペルチェ素子77上に包埋ブロックBを固定するカセット20が載置されるようになっている。
ペルチェ素子77は、アルミナや窒化アルミニウム等の、電気絶縁性の一対の基板78、79と、該一対の基板78、79の間に配されたp型熱電材料80及びn型熱電材料81とを有している。このp型熱電材料80とn型熱電材料81とは、図示しない電極によりPN接合され、直列に電気的接続されている。
一対の基板78、79のうち、一方の基板78の表面が冷却面となっており、他方の基板79の表面が放熱面となっている。そして、このペルチェ素子77は、一方の基板78側が冷却するように、p型熱電材料80及びn型熱電材料81に流れる電子の方向が制御されている。なお、ペルチェ素子77は、シリコンジェル等の熱伝導性グリスや、銀ペーストや、接着剤等によって放熱面が冷却ブロック76の上面に接着されている。そして、ペルチェ素子77を作動させることで、冷却面に面接触しているカセット20を介して包埋ブロックBを確実に冷却することができる。また、包埋ブロックBから奪った熱は、放熱面を介して冷却ブロック76に伝わる。
冷却ブロック76は、内部が空洞76aとなっていると共に該空洞76aの両端にチューブ76bがそれぞれ接続されている。そして、該チューブ76bを通して空洞76a内に冷却水W1等を流して、ペルチェ素子77の放熱面から伝わった熱をケーシング13内から外部に極力逃がすことができるようになっている。
上述したペルチェ素子77及び冷却ブロック76は、上記固定台用冷却機構75を構成している。
更に、本実施形態の自動薄切片作製装置60は、上述した固定台用冷却機構75と同様に、切断刃11に接触して、該切断刃11を冷却させる切断刃用冷却機構85を備えている。
切断刃11を固定するホルダ11aには、ペルチェ素子86及び冷却ブロック87が固定されている。ペルチェ素子86は、上記ペルチェ素子77と同様に構成されたものであり、一対の基板88、89と、p型熱電材料90とn型熱電材料91とを備えている。そして、一方の基板88の表面が冷却面となっており、他方の基板89の表面が放熱面となっている。このペルチェ素子86は、各種の接着剤によって冷却面及び放熱面が、それぞれホルダ11aの上面及び冷却ブロック87の下面に接着されている。
よって、ペルチェ素子86を作動させることで、冷却面に面接触しているホルダ11aを介して、切断刃11を冷却することができる。また、切断刃11から奪った熱は、放熱面を介して冷却ブロック87に伝わる。
冷却ブロック87は、上記冷却ブロック76と同様に構成されており、チューブ87bを通して空洞87a内に冷却水W1を流して、ペルチェ素子86の放熱面から伝わった熱をケーシング13内から外部に極力逃がすことができるようになっている。
上述したペルチェ素子86及び冷却ブロック87は、上記切断刃用冷却機構85を構成している。
このように構成された自動薄切片作製装置60により、包埋ブロックBから薄切片B1を作製する場合について説明する。
包埋ブロックBが固定台10上、即ち、ペルチェ素子77の冷却面上に載置されると、冷風吹付手段61が包埋ブロックBの表面に向けて温度制御された冷風A3を吹き付ける。即ち、ファン62がフィルタ66を通してケーシング13内の気体A2をボックス63内に取り込み、熱交換器62に吹き付ける。吹き付けられた気体A2は、熱交換器62によって熱交換されて冷風A3となり、フレキシブルパイプ64に供給される。そして、フレキシブルパイプ64を通った冷風A3は、ファン66によって速度が上がり、冷風吹出口65の先端から包埋ブロックBの表面に向けて確実に吹き付けられる。
この際、放射温度計67は、冷風A3が吹き付けられた包埋ブロックBの表面温度を測定して比較部69に送っている。そして、比較部69は送られた測定温度と、予め設定された基準温度(10℃)とを比較して、その温度差を温度制御回路70に出力する。そして、温度制御回路70が、この温度差をなくすようにヒータ71を加熱して冷風A3の温度を制御する。
従って、包埋ブロックBの表面温度を、10℃に維持した状態で冷却することができる。特に、包埋ブロックBに含まれるパラフィンは、20℃以上の温度になると、軟化し始めて機械的な性質が急激に変化し易い。ところが、本実施形態のように、包埋ブロックBの表面温度を10℃に維持することで、薄切片B1が作製されるパラフィンの機械的性質を一定に保つことができる。よって、確実に同じ条件で包埋ブロックBの切断を行うことができる。その結果、さらに均一で高品質な薄切片B1を作製することができる。
なお、放射温度計67は、非接触状態で包埋ブロックBの表面温度を測定するので、切断機構12による薄切片B1の切り出しに何ら影響を与えることはない。
また、上述した冷風A3の吹き付けと同時に、固定台10に込み込まれたペルチェ素子77を作動させて、カセット20を介して包埋ブロックBを冷却することができる。これにより、冷風吹付手段61で吹き付けられた冷風A3の冷却効果を高めることができ、冷却効率をさらに向上させることができる。なお、ペルチェ素子77の放熱面から冷却ブロック76に伝わった熱は、冷却水W1によって極力ケーシング13の外部に逃がすことができる。よって、包埋ブロックBに対して、この熱が与える影響をできり限り抑えることができる。
更に、切断刃11側にもペルチェ素子86が設けられているので、切断刃11自体も冷却することができる。これにより、包埋ブロックBから薄切片B1を切り出す際に、切断刃11の温度によって薄切片B1が軟化してしまうことを防ぐことができる。そのため、薄切片B1が切断刃11に粘着することを防止でき、該粘着に起因する薄切片B1の変形等を防止できる。また、薄切片B1が切断刃11に粘着し難いので、該薄切片B1を切片ハンドリング機構14によって容易に吸着することができ、搬送し易くなる。
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加える
例えば、第2実施形態では、冷風の吹き付けと同時に、ペルチェ素子を利用して包埋ブロック及び切断刃も同時に冷却した構成としたが、冷風吹付手段による冷風の吹きつけだけを行っても構わない。但し、第2実施形態のように、全て同時に組み合わせて構成することが好ましい。
なお、吹き付けを行わずに、第1実施形態の構成に、固定台用冷却機構又は切断刃用冷却機構のいずれかを組み合わせても構わないし、共に組み合わせて構成しても構わない。
また、上記各実施形態では、伸展機構として水を貯留する水槽を設けただけの構成にしたが、この場合に限られるものではない。例えば、水槽に隣接して、お湯を貯留する水槽と、ホットプレートとを設けた伸展機構としても構わない。
この場合には、スライドガラスハンドリングロボットによって、水伸展が終了した薄切片をスライドガラス上に載置した後、該薄切片をお湯が貯留されている別の水槽に搬送してお湯の中に浸漬させる。このお湯伸展によって、薄切片が伸び易くなるので、水による伸展では取り切れなかった残りの皺や丸み等を取ることができる。よって、さらに高品質な薄切片標本を作製することができる。
更に、このお湯伸展後、薄切片を載置したスライドガラスをホットプレート上に載置することで、スライドガラスを通して薄切片にさらに熱を加えることができる。これにより、お湯伸展で取り切れなかった皺や丸み等をさらに取ることができる。このように、お湯が貯留された水槽及びホットプレートを設けることで、より高品質な薄切片標本を作製できるので、より好ましい。
本発明に係る自動薄切片標本作製装置及び自動薄切片作製装置の第1実施形態を示す構成図である。 図1に示す自動薄切片標本作製装置で使用される包埋ブロックの斜視図である。 図1に示す自動薄切片標本作製装置のブロックハンドリングロボットを示す側面図である。 図3に示すブロックハンドリングロボットの上面図である。 本発明に係る自動薄切片作製装置の第2実施形態を示す構成図である。
符号の説明
A1 冷風
A2 ケーシング内の気体
A3 冷風(第2の冷風)
B 包埋ブロック
B1 薄切片
G スライドガラス(基板)
H 薄切片標本
S 生体組織(生体試料)
W 水(液体)
1 自動薄切片標本H作製装置
2 ブロックハンドリングロボット(ブロック搬送手段)
3、60 自動薄切片作製装置
4 伸展機構(伸展手段)
5 スライドガラスハンドリングロボット(転写手段)
10 固定台
11 切断刃
12 切断機構(切断手段)
13 ケーシング(筐体)
14 切片ハンドリング機構(薄切片搬送手段)
15 温度調整手段
25 供給管路
26 排出管路
33 冷風供給手段
61 冷風吹付手段
67 放射温度計(温度測定手段)
68 温度調整機構(第2の温度調整手段)
75 固定台用冷却機構
85 切断刃用冷却機構

Claims (6)

  1. 生体試料が包理剤に包埋された包埋ブロックを所定の厚みで切断して、シート状の薄切片を切り出す自動薄切片作製装置であって、
    前記包埋ブロックを載置固定する固定台と、
    該固定台上に配された切断刃を有し、該切断刃と前記固定台とを相対的に移動させて前記包埋ブロックから前記薄切片を切り出す切断手段と、
    前記固定台及び前記切断手段を内部に収容する筐体と、
    切り出された前記薄切片を、前記筐体の外部に搬送する薄切片搬送手段と、
    前記筐体内に温度制御された冷風を外部から供給し、少なくとも前記包埋ブロックの周囲温度を所定温度に調整する温度調整手段と、
    前記筐体内に配され、前記包埋ブロックの表面に向けて、温度制御された第2の冷風を局所的に吹き付ける冷風吹付手段と、を備え、
    前記冷風吹付手段は、
    前記包埋ブロックの表面温度を非接触で測定する温度測定手段と、
    該温度測定手段で測定された温度に基づいて、前記包埋ブロックの表面温度が所望する温度になるように前記第2の冷風の温度を調整する第2の温度調整手段と、を備えていることを特徴とする自動薄切片作製装置。
  2. 請求項1に記載の自動薄切片作製装置において、
    前記温度制御手段は、前記包埋ブロックの周囲温度が5℃から20℃の範囲内に収まるように温度調整を行うことを特徴とする自動薄切片作製装置。
  3. 請求項1又は2に記載の自動薄切片作製装置において、
    前記温度調整手段は、
    前記筐体に前記冷風を供給する供給管路と、
    前記筐体内の気体を外部に排出させる排出管路と、
    該排出管路から排出された気体を、前記冷風として前記供給管路から再度供給させる冷風供給手段とを備え、前記筐体内で前記冷風を循環させることを特徴とする自動薄切片作成装置。
  4. 請求項1から3のいずれか1項に記載の自動薄切片作製装置において、
    前記固定台には、前記包埋ブロックに接触して該包埋ブロックを冷却する固定台用冷却機構が組み込まれていることを特徴とする自動薄切片作製装置。
  5. 請求項1から4のいずれか1項に記載の自動薄切片作製装置において、
    前記切断手段は、前記切断刃に接触して該切断刃を冷却する切断刃用冷却機構を備えていることを特徴とする自動薄切片作製装置。
  6. 請求項1から5のいずれか1項に記載の自動薄切片作製装置と、
    前記包埋ブロックを前記筐体の外部から前記固定台上に搬送するブロック搬送手段と、
    前記薄切片搬送手段によって搬送された前記薄切片を、少なくとも液体内に浸漬させて伸展させる伸展手段と、
    伸展された前記薄切片を、基板上に転写させて薄切片標本を作製する転写手段と、を備えていることを特徴とする自動薄切片標本作製装置。
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