JP5002763B2 - 薄切片作製装置及び薄切片作製方法 - 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標本を作製する前段階として、生体試料が包埋された包埋ブロックを薄切して薄切片を作製すると共に、作製した薄切片を次工程に向けて搬送する薄切片作製装置及び薄切片作製方法に関する。
従来から、人体や実験動物等から取り出した生体試料を検査する方法の１つとして、該生体試料を極薄に薄切して各種の染色を施した後、顕微鏡観察によって検査する方法が知られている。この検査方法は、主に、新薬開発における臨床試験に先立つ検査の１つである、毒性検査や病理検査等を行う際に採られる手法として知られている。
この検査を行うにあたって一般的には、軟らかい組織や細胞の形態を壊さないように生体試料を薄切りするため、まず生体試料を予めパラフィン等の包埋材で包埋して包埋ブロックとしている。そして、この包埋ブロックを２μｍ〜５μｍ程度の厚さに薄くスライス（薄切）することで、薄切片を作製する。こうすることで、検査対象物が軟らかい組織等であっても、形態を壊さずに極薄にスライスすることができる。
そして、この薄切片を搬送した後、スライドガラス等の基板上に固定することで、薄切片標本とすることができる。通常、作業者は、この薄切片標本を顕微鏡観察することで、各種の検査を行っている。顕微鏡観察に当たって、薄切片に皺や破れがあると観察の妨げになるため、皺や破れのない薄切片の作製が望まれている。
また、例えば、前臨床試験においては、数百個の包埋ブロックから作製された膨大な数の薄切片を使用する場合がある。このため、作業者は、薄切片の作製に膨大な工数をとられていた。この工数を少しでも削減するために、薄切片作製における一連の工程を自動化し、連続して薄切片を作製することが試みられている。
この検査を行うにあたって一般的には、軟らかい組織や細胞の形態を壊さないように生体試料を薄切りするため、まず生体試料を予めパラフィン等の包埋材で包埋して包埋ブロックとしている。そして、この包埋ブロックを２μｍ〜５μｍ程度の厚さに薄くスライス（薄切）することで、薄切片を作製する。こうすることで、検査対象物が軟らかい組織等であっても、形態を壊さずに極薄にスライスすることができる。
そして、この薄切片を搬送した後、スライドガラス等の基板上に固定することで、薄切片標本とすることができる。通常、作業者は、この薄切片標本を顕微鏡観察することで、各種の検査を行っている。顕微鏡観察に当たって、薄切片に皺や破れがあると観察の妨げになるため、皺や破れのない薄切片の作製が望まれている。
また、例えば、前臨床試験においては、数百個の包埋ブロックから作製された膨大な数の薄切片を使用する場合がある。このため、作業者は、薄切片の作製に膨大な工数をとられていた。この工数を少しでも削減するために、薄切片作製における一連の工程を自動化し、連続して薄切片を作製することが試みられている。
特に、包埋ブロックを自動的に連続して薄切するためには、カッターによって薄切された薄切片を自動的に搬送することが必要になる。このために、例えば、特許文献１の薄切片作製装置では、搬送機構として無端ベルトを用いている。この無端ベルトは、カッターの刃先と略平行な刃先方向に沿ってカッターに近接して設けられたローラと、該ローラの後方に設けられた複数の別ローラとの間に巻回されており、刃先方向と平面視略垂直な搬送方向に走行するように構成されている。
この薄切片作製装置によれば、カッターによって包埋ブロックから薄切片を切り出しながら、切り出した薄切片をカッターに近接して設けられている無端ベルトに受け渡すことが可能である。従って、無端ベルトを搬送方向に走行させながら、カッターによって包埋ブロックを薄切することにより、薄切片を作製しながら次工程に向けて自動的に搬送することができる。このように、作製した薄切片を自動的に搬送できるので、作業効率を向上させることができる。よって、薄切片作製に費やす工数を削減することができる。
特開２００７−１７８２８７号公報
この薄切片作製装置によれば、カッターによって包埋ブロックから薄切片を切り出しながら、切り出した薄切片をカッターに近接して設けられている無端ベルトに受け渡すことが可能である。従って、無端ベルトを搬送方向に走行させながら、カッターによって包埋ブロックを薄切することにより、薄切片を作製しながら次工程に向けて自動的に搬送することができる。このように、作製した薄切片を自動的に搬送できるので、作業効率を向上させることができる。よって、薄切片作製に費やす工数を削減することができる。
ところで、カッターは、包埋ブロックの薄切を繰り返すと切れ味が徐々に悪くなる。そこで、カッターの切れ味をできるだけ長期間維持させるため、包埋ブロックに対してカッターに引き角をつけて薄切する方法が一般的に知られている。なお、包埋ブロックに対してカッターに引き角をつけるということは、包埋ブロックを薄切するために包埋ブロックとカッターとが接近離間する接近離間方向に対して、上述した刃先方向が平面視垂直以外の角度で交わるようにカッターを配置したということである。
よって、従来の装置においても、カッターに引き角を持たせることが好ましいが、無端ベルトを利用して薄切した薄切片を搬送する必要があるので、不都合が生じる恐れがあった。つまり、薄切片を無端ベルトに受け渡す際に、薄切片に皺や破れが生じる可能性があった。以下に詳細を説明する。
図１１に示すように、包埋ブロックＢから薄切片Ｓを切り出す際には、既にカッターによって切り出され、無端ベルト１０２上に載置された部分Ｐ１１と、まだ切り出されておらず、包埋ブロックＢに残っている部分Ｐ１２とで移動速度が異なる。
つまり、無端ベルト１０２上に載置された部分Ｐ１１には、包埋ブロックＢとカッター１０１とが接近離間方向Ｌに沿って接近する際のブロック速度ベクトルＶ１１と、無端ベルト１０２が搬送方向Ｍに沿って移動する際の搬送速度ベクトルＶ１２とがそれぞれ伝わる。よって、無端ベルト１０２上に載置された部分Ｐ１１の移動速度は、ブロック速度ベクトルＶ１１と搬送速度ベクトルＶ１２との合成ベクトルである合成速度ベクトルＶ１３になる。これに対し、包埋ブロックＢに残っている部分Ｐ１２の移動速度は、包埋ブロックＢの移動速度であるブロック速度ベクトルＶ１１である。
つまり、無端ベルト１０２上に載置された部分Ｐ１１には、包埋ブロックＢとカッター１０１とが接近離間方向Ｌに沿って接近する際のブロック速度ベクトルＶ１１と、無端ベルト１０２が搬送方向Ｍに沿って移動する際の搬送速度ベクトルＶ１２とがそれぞれ伝わる。よって、無端ベルト１０２上に載置された部分Ｐ１１の移動速度は、ブロック速度ベクトルＶ１１と搬送速度ベクトルＶ１２との合成ベクトルである合成速度ベクトルＶ１３になる。これに対し、包埋ブロックＢに残っている部分Ｐ１２の移動速度は、包埋ブロックＢの移動速度であるブロック速度ベクトルＶ１１である。
従って、従来の装置で自動的に薄切片Ｓを作製するためには、１枚の薄切片Ｓ内において、無端ベルト１０２上に載置された部分Ｐ１１と、包埋ブロックＢに残っている部分Ｐ１２とが異なる移動速度（合成速度ベクトルＶ１３及びブロック速度ベクトルＶ１１）でそれぞれ移動しようとする。これにより、１枚の薄切片Ｓ内において移動速度に差が発生するため、薄切片Ｓに皺や破れが生じてしまう。
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、引き角をつけたカッターを利用した上で、薄切片に皺や破れを生じさせずに、薄切片の作製及び次工程への搬送を自動化する薄切片作製装置及び薄切片作製方法を提供するものである。
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明は、生体試料が包埋された包埋ブロックを薄切して薄切片を作製し、次工程に向けて搬送する薄切片作製装置であって、前記包埋ブロックを所定の引き角で薄切するカッターと、前記包埋ブロックと前記カッターとを、互いが接近離間する接近離間方向に沿って相対的に移動させ、前記包埋ブロックから前記薄切片を切り出す接近離間機構と、前記カッターの刃先に一端側が近接した状態で配置され、切り出された前記薄切片が上面に載置される搬送体と、該搬送体を前記刃先と略平行な刃先方向に対して平面視略垂直な搬送方向に沿って移動させる移動部と、を有し、載置された前記薄切片を前記搬送方向に沿って前記搬送体の一端側から他端側に向けて搬送する搬送機構と、前記包埋ブロックと前記搬送体とを前記刃先方向に沿って相対的に移動させるスライド機構と、前記包埋ブロックから前記薄切片を切り出す際に、前記搬送方向に沿った前記搬送体の搬送速度ベクトルと、前記刃先方向に沿った前記包埋ブロックと前記搬送体との相対的な移動速度ベクトルと、を合成した合成速度ベクトルが、前記接近離間方向に沿った前記カッターに対する前記包埋ブロックのブロック速度ベクトルと略等しくなるように、前記スライド機構及び前記移動部の移動速度を制御する制御部と、を備えていることを特徴とする。
本発明は、生体試料が包埋された包埋ブロックを薄切して薄切片を作製し、次工程に向けて搬送する薄切片作製装置であって、前記包埋ブロックを所定の引き角で薄切するカッターと、前記包埋ブロックと前記カッターとを、互いが接近離間する接近離間方向に沿って相対的に移動させ、前記包埋ブロックから前記薄切片を切り出す接近離間機構と、前記カッターの刃先に一端側が近接した状態で配置され、切り出された前記薄切片が上面に載置される搬送体と、該搬送体を前記刃先と略平行な刃先方向に対して平面視略垂直な搬送方向に沿って移動させる移動部と、を有し、載置された前記薄切片を前記搬送方向に沿って前記搬送体の一端側から他端側に向けて搬送する搬送機構と、前記包埋ブロックと前記搬送体とを前記刃先方向に沿って相対的に移動させるスライド機構と、前記包埋ブロックから前記薄切片を切り出す際に、前記搬送方向に沿った前記搬送体の搬送速度ベクトルと、前記刃先方向に沿った前記包埋ブロックと前記搬送体との相対的な移動速度ベクトルと、を合成した合成速度ベクトルが、前記接近離間方向に沿った前記カッターに対する前記包埋ブロックのブロック速度ベクトルと略等しくなるように、前記スライド機構及び前記移動部の移動速度を制御する制御部と、を備えていることを特徴とする。
また、本発明は、生体試料が包埋された包埋ブロックをカッターによって薄切して薄切片を作製し、次工程に向けて搬送する薄切片作製方法であって、前記包埋ブロックと前記カッターとを、互いが接近離間する接近離間方向に沿って相対的に移動させ、包埋ブロックから所定の引き角で前記薄切片を切り出す切断工程と、前記切断工程で切り出された前記薄切片を、前記カッターの刃先に一端側が近接した状態で配置され、刃先と略平行な刃先方向に対して平面視略垂直な搬送方向に沿って移動する搬送体の上面に載置し、搬送方向に沿って搬送体の一端側から他端側に向けて搬送する搬送工程と、を備え、前記切断工程及び前記搬送工程を行う際に、前記包埋ブロックと前記搬送体とを前記刃先方向に沿って相対的に所定の移動速度で移動させると共に、前記搬送体を所定の搬送速度で移動させて、前記包埋ブロックと前記搬送体との相対的な移動速度ベクトルと、前記搬送体の搬送速度ベクトルと、を合成した合成速度ベクトルが、前記接近離間方向に沿った前記カッターに対する前記包埋ブロックのブロック速度ベクトルと略等しくなるように制御すること、を特徴とする。
この発明に係る薄切片作製装置及び薄切片作製方法によれば、切断工程で、接近離間機構によって包埋ブロックとカッターとを、互いが接近離間する接近離間方向に沿って相対的に移動させることで、カッターによって包埋ブロックから薄切片を切り出すことができる。この際、カッターには所定の引き角がついているので、カッターの切れ味を長期間維持しながら、薄切片を作製することができる。
ところで、切断工程で切り出された薄切片は、カッターの刃先に一端側が近接した状態で配置され、刃先と略平行な刃先方向に対して平面視略垂直な搬送方向に沿って移動する搬送体の上面に乗り上げる。即ち、搬送体の一端側がカッターの刃先に近接された状態で配置されているので、包埋ブロックとカッターとが相対的に移動することで、カッターによって切り出された薄切片が搬送体の上面に自動的に載置される。この搬送体は、移動部によって搬送方向に移動させられるので、上面に載置された薄切片を搬送体の一端側から他端側に向けて搬送することができる。これにより、薄切片を次工程に向けて自動的に搬送することができるので、切断工程にて薄切片を連続して作製することができる。
ところで、切断工程で切り出された薄切片は、カッターの刃先に一端側が近接した状態で配置され、刃先と略平行な刃先方向に対して平面視略垂直な搬送方向に沿って移動する搬送体の上面に乗り上げる。即ち、搬送体の一端側がカッターの刃先に近接された状態で配置されているので、包埋ブロックとカッターとが相対的に移動することで、カッターによって切り出された薄切片が搬送体の上面に自動的に載置される。この搬送体は、移動部によって搬送方向に移動させられるので、上面に載置された薄切片を搬送体の一端側から他端側に向けて搬送することができる。これにより、薄切片を次工程に向けて自動的に搬送することができるので、切断工程にて薄切片を連続して作製することができる。
特に、上述した切断工程及び搬送工程の際に、制御部によって、スライド機構による包埋ブロックと搬送体との相対的な移動速度と、移動部による搬送体の搬送速度とを以下に示すように制御している。
即ち、刃先方向に沿った包埋ブロックと搬送体の相対的な移動速度ベクトルと、搬送体の搬送方向に沿った搬送速度ベクトルとを合成した合成速度ベクトルが、接近離間方向に沿ったカッターに対する包埋ブロックのブロック速度ベクトルと略等しくなるように制御している。よって、カッターによって包埋ブロックから切り出され、搬送体の上面に既に乗り上げた薄切片の一部と、まだカッターによって切り出されず、包埋ブロック側に残っている（包埋ブロックと繋がっている）薄切片の一部とには、同じブロック速度ベクトルが作用する。
従来では、カッターによって既に切り出された薄切片と、包埋ブロック側に残っている薄切片とに作用する速度ベクトルが異なっていた。そのため、完全に薄切されるまでの間に薄切片に対して、異なる方向の力が作用してしまい皺や破れ等が生じ易かった。しかしながら、本発明によれば上述したように、１枚の薄切片内において、既に薄切された部分と、まだ薄切されていない部分との間で移動速度の差が発生しないため、薄切片に皺や破れが生じることがない。従って、薄切片を皺や破れのない状態で搬送体に受け渡すことができる。その結果、高品質な薄切片を搬送することができ、次工程に引き渡すことができる。
即ち、刃先方向に沿った包埋ブロックと搬送体の相対的な移動速度ベクトルと、搬送体の搬送方向に沿った搬送速度ベクトルとを合成した合成速度ベクトルが、接近離間方向に沿ったカッターに対する包埋ブロックのブロック速度ベクトルと略等しくなるように制御している。よって、カッターによって包埋ブロックから切り出され、搬送体の上面に既に乗り上げた薄切片の一部と、まだカッターによって切り出されず、包埋ブロック側に残っている（包埋ブロックと繋がっている）薄切片の一部とには、同じブロック速度ベクトルが作用する。
従来では、カッターによって既に切り出された薄切片と、包埋ブロック側に残っている薄切片とに作用する速度ベクトルが異なっていた。そのため、完全に薄切されるまでの間に薄切片に対して、異なる方向の力が作用してしまい皺や破れ等が生じ易かった。しかしながら、本発明によれば上述したように、１枚の薄切片内において、既に薄切された部分と、まだ薄切されていない部分との間で移動速度の差が発生しないため、薄切片に皺や破れが生じることがない。従って、薄切片を皺や破れのない状態で搬送体に受け渡すことができる。その結果、高品質な薄切片を搬送することができ、次工程に引き渡すことができる。
また、上記本発明における薄切片作製装置において、前記搬送体には、所定の流体が一定量含有されていること、が好ましい。
また、上記本発明における薄切片作製方法において、前記搬送体には、所定の流体が一定量含有されており、前記搬送工程の際、前記流体の表面張力を利用して前記薄切片を前記搬送体に密着させながら該薄切片を搬送すること、が好ましい。
この発明に係る薄切片作製装置及び薄切片作製方法によれば、搬送工程の際、所定の流体が一定量含有された搬送体を用い、薄切片と搬送体とを表面張力によって密着させながら薄切片を搬送する。これにより、搬送体上で薄切片の位置がずれることが無く、薄切片が搬送体から落下することがない。従って、薄切片を確実に次工程に向けて搬送することができる。
また、上記本発明における薄切片作製装置において、前記包埋ブロック及び前記搬送体のそれぞれに、互いに異なる極性の電荷を帯電させる帯電機構を備えること、が好ましい。
また、上記本発明における薄切片作製方法において、前記搬送工程の際、前記薄切片と前記搬送体とを静電気によって密着させながら該薄切片を搬送すること、が好ましい。
この発明に係る薄切片作製装置及び薄切片作製方法によれば、予め帯電機構によって互いに異なる極性の電荷を包埋ブロック及び搬送体に帯電させておく。これにより、搬送工程の際、薄切片と搬送体とを静電気によって密着させながら薄切片を搬送することができる。そのため、搬送体上で薄切片の位置がずれることが無く、薄切片が搬送体から落下することがない。従って、薄切片を確実に次工程に向けて搬送することができる。
また、上記本発明における薄切片作製装置において、前記搬送体は、無端ベルトであること、が好ましい。
また、上記本発明における薄切片作製方法において、前記搬送体として、無端ベルトを利用すること、が好ましい。
この発明に係る薄切片作製装置及び薄切片作製方法によれば、一般的な無端ベルトを利用して搬送体を構成しているので、構成の簡略化を図ることができる。特に、無端ベルトを回転させることで、途切れることなく連続的に薄切片を搬送できるので、作製された薄切片をより効率良く搬送することができる。
また、上記本発明における薄切片作製装置において、前記接近離間機構は、前記接近離間方向に沿って延びたガイドレールと、前記包埋ブロックを保持した状態で前記ガイドレールに沿って移動自在なステージと、を備え、前記スライド機構は、前記搬送体を前記刃先方向に沿って移動させるスライダ部を備えていること、が好ましい。
また、上記本発明における薄切片作製方法において、前記切断工程の際、前記包埋ブロックを前記接近離間方向に沿って移動させると共に、前記搬送体を前記刃先方向に沿って移動させること、が好ましい。
この発明に係る薄切片作製装置及び薄切片作製方法によれば、包埋ブロック及びカッターを両方移動させるのではなく、単に包埋ブロックを保持するステージをガイドレールに沿って移動させるだけで、接近離間方向に沿ってカッターと包埋ブロックとを相対的に移動させることができる。同様に、包埋ブロック及び搬送体を両方移動させるのではなく、単に搬送体をスライダ部によって移動させるだけで、刃先方向に包埋ブロックと搬送体とを相対的に移動させることができる。従って、包埋ブロック、カッター及び搬送体を異なる方向にそれぞれ移動させるといった複雑な動きが不要で、単に包埋ブロックと搬送体のみをそれぞれ一方向に移動させるといった簡単な動きでかまわないので、接近離間機構及びスライド機構の動きを単純化することができる。
また、上記本発明における薄切片作製装置において、前記接近離間機構は、前記カッターの刃先に対して前記包埋ブロックの側面が対向するように該包埋ブロックを固定していること、が好ましい。
また、上記本発明における薄切片作製方法において、前記切断工程の際、前記カッターの刃先に対して前記包埋ブロックの側面が対向するように、前記包埋ブロックと前記カッターとを相対的に移動させること、が好ましい。
この発明に係る薄切片作製装置及び薄切片作製方法によれば、切断工程の際、接近離間機構によって、カッターの刃先に対して包埋ブロックの側面が対向するように包埋ブロックが固定されながら、包埋ブロックとカッターとが相対的に移動する。従って、包埋ブロックが直方体であれば、切り出された薄切片が搬送体の上面に搬送方向に沿って平行に載置される。よって、搬送されてくる薄切片を次工程で取り扱いやすくなる。例えば、搬送体と平行な状態で薄切片が搬送されてくるので、次工程で薄切片をスライドガラス等の基板上に固定する際、位置決めが容易になる。
本発明の薄切片作製装置及び薄切片作製方法によれば、引き角をつけたカッターを利用した上で、薄切片に皺や破れを生じさせずに、薄切片の作製及び次工程への搬送を自動化することができる。
（第１実施形態）
以下、本発明に係る第１実施形態を、図１〜図７を参照して説明する。
本実施形態の薄切片作製装置１は、図１に示すように、生体試料Ａが包埋された略直方体の包埋ブロックＢを厚さ３〜５μｍ程度の極薄に薄切して薄切片Ｓを作製すると共に、作製した薄切片Ｓを次工程に搬送する装置である。なお、この薄切片作製装置１は、主に薄切片Ｓに含まれる生体試料Ａを検査、観察する過程で使用される。
以下、本発明に係る第１実施形態を、図１〜図７を参照して説明する。
本実施形態の薄切片作製装置１は、図１に示すように、生体試料Ａが包埋された略直方体の包埋ブロックＢを厚さ３〜５μｍ程度の極薄に薄切して薄切片Ｓを作製すると共に、作製した薄切片Ｓを次工程に搬送する装置である。なお、この薄切片作製装置１は、主に薄切片Ｓに含まれる生体試料Ａを検査、観察する過程で使用される。
生体試料Ａは、例えば、人体や実験動物等から取り出した臓器などの組織であり、医療分野、製薬分野、食品分野、生物分野などで適時選択されるものである。また、包埋ブロックＢは、上記のような生体試料Ａを包埋剤Ｂ１によって包埋、即ち周囲を覆い固めたものである。このような包埋ブロックＢは、より詳しくは、以下のように作製されるものである。まず、上記の生体試料Ａの塊をホルマリンに漬けて、生体試料Ａを構成する蛋白質を固定する。そして、組織を固い状態にした後、適当な大きさに切断する。最後に、切断された生体試料Ａの内部の水分を包埋剤Ｂ１に置き換えたものを、溶解した包埋剤Ｂ１の中に埋め込んで、固めることで作製される。ここで、包埋剤Ｂ１は、液状化と冷却固化とが容易で、且つ、エタノールに浸漬することで溶解する材質であり、例えば樹脂やパラフィンなどである。以下、薄切片作製装置１の構成について説明する。
薄切片作製装置１は、図１〜図３に示すように、包埋ブロックＢを所定の引き角θ１で薄切するカッター２と、包埋ブロックＢとカッター２とを、互いが接近離間する接近離間方向Ｘに沿って相対的に移動させ、包埋ブロックＢから薄切片Ｓを切り出すＸステージ（接近離間機構）３０と、カッター２の刃先２ａに一端側が近接した状態で配置され、切り出された薄切片Ｓが上面４１ａに載置される無端ベルト（搬送体）４１と、該無端ベルト４１を刃先２ａと略平行な刃先方向Ｙに対して平面視略垂直な搬送方向Ｔに沿って移動させるモータ（移動部）４２と、を有し、載置された薄切片Ｓを無端ベルト４１の一端側から他端側に向けて搬送する搬送機構４０と、包埋ブロックＢと無端ベルト４１とを刃先方向Ｙに沿って相対的に移動させるスライド機構５０と、Ｘステージ３０と搬送機構４０とスライド機構５０とが後述する作動をするように制御する制御部６と、を備える。
カッター２は、図１に示すように、Ｘステージ３０の後述するガイドレール３０ａの上方に設けられている。また、カッター２は、図３に示すように、固定台２１とホルダ２２とで上下両面から挟持されている。固定台２１は、カッター２及びホルダ２２を上面にて支持するように刃先方向Ｙに沿って配置され、図示しない支持部材によって支持されている。ホルダ２２は、固定台２１の上面に一部が当接した状態で配置されている。これにより、カッター２は、刃先２ａが露出した状態でぐらつくことなく保持されている。なお、ホルダ２２は、固定台２１から取り外すことができるようになっており、カッター２を交換することができるようになっている。
Ｘステージ３０は、図２に示すように、接近離間方向Ｘに沿って延びたガイドレール３０ａと、包埋ブロックＢを保持している試料台３１を支持した状態でガイドレール３０ａに沿って移動自在なステージ３０ｂと、を備える。
即ち、本実施形態では、包埋ブロックＢ及びカッター２を両方移動させるのではなく、単に包埋ブロックＢを保持する試料台３１を支持するステージ３０ｂをガイドレール３０ａに沿って移動させるだけで、接近離間方向Ｘに沿ってカッター２と包埋ブロックＢとを相対的に移動させることができるようになっている。なお、Ｘステージ３０の作動は、制御部６によって制御される。この作動に関しては、後に説明する。
即ち、本実施形態では、包埋ブロックＢ及びカッター２を両方移動させるのではなく、単に包埋ブロックＢを保持する試料台３１を支持するステージ３０ｂをガイドレール３０ａに沿って移動させるだけで、接近離間方向Ｘに沿ってカッター２と包埋ブロックＢとを相対的に移動させることができるようになっている。なお、Ｘステージ３０の作動は、制御部６によって制御される。この作動に関しては、後に説明する。
また、Ｘステージ３０のステージ３０ｂ上には、図２に示すように、包埋ブロックＢが載置されたカセットＣを位置決めして固定する試料台３１と、鉛直方向Ｚに沿って試料台３１を移動させて、包埋ブロックＢの高さを調整するＺステージ３２とが、互いに重なるように設けられている。また、Ｚステージ３２は、Ｘステージ３０と同様に、制御部６によって作動が制御されている。具体的には、ステージ３０ｂのスライド移動に合わせて、包埋ブロックＢを所定量上昇させるように制御されている。これにより、包埋ブロックＢは、所定の厚みで切断されて、薄切片Ｓが切り出されるようになっている。
搬送機構４０は、図１及び図３に示すように、刃先２ａに近接して設けられた前部ローラ４３と、カッター２の後方に設けられた後部ローラ４４と、前部ローラ４３と後部ローラ４４との間に巻回された無端ベルト４１と、無端ベルト４１を搬送方向Ｔに沿って移動させるモータ４２と、両ローラ４３、４４を回転可能に軸止するフレーム４７と、を備えている。
前部ローラ４３及び後部ローラ４４は、図１に示すように、共に刃先方向Ｙと略平行に配置されている。両ローラ４３、４４のうち、前部ローラ４３は、図３に示すように、カッター２のホルダ２２との間に無端ベルト４１を通過可能な隙間を空けた状態で、フレーム４７の前端部４７ａに軸止されている。一方、後部ローラ４４は、図１に示すように、フレーム４７の後端部４７ｂに回転可能に軸止されており、フレーム４７と共に後述する液槽７内の流体Ｗに浸漬された状態となっている。さらに、前部ローラ４３と後部ローラ４４との間には、図３に示すように、前部ローラ４３及び後部ローラ４４よりも上方に位置した２つの中間ローラ４５、４６が、フレーム４７に回転可能に軸止されている。これら２つの中間ローラ４５、４６は、前部ローラ４３と後部ローラ４４との間に刃先方向Ｙと略平行に配置されている。
無端ベルト４１は、図３に示すように、前部ローラ４３及び後部ローラ４４の間に、中間ローラ４５、４６のそれぞれの上部に当接するように巻回されている。特に、無端ベルト４１は、後部ローラ４４近傍で液槽７内の流体Ｗに浸漬されるので、単にモータ４２によって移動されるだけで流体Ｗを一定量含有することになる。また、無端ベルト４１が当接している中間ローラ４５、４６は、前部ローラ４３よりも上方に位置している。なお、本実施形態の搬送方向Ｔは、包埋ブロックＢの表面Ｂ２に平行な平面と、無端ベルト４１の上面４１ａに平行な平面とが交差する角度である搬送角度θ２だけ、包埋ブロックＢの表面Ｂ２に対して角度がついた状態となっている。
モータ４２は、図１に示すように、一方の中間ローラ４６に接続されている。モータ４２が駆動することによって、搬送機構４０の無端ベルト４１は、搬送方向Ｔに無限走行し、載置された薄切片Ｓを無端ベルト４１の一端側から他端側に向けて搬送することが可能となる。なお、モータ４２の作動は、Ｘステージ３０と同様に、制御部６によって制御される。この作動に関しては、後に説明する。
フレーム４７は、図１に示すように、各ローラ４３〜４６の両端を軸止するように平行に配置された一対のフレームであり、搬送方向Ｔに沿って延設されている。なお、図３では、フレーム４７の図示を省略している。また、フレーム４７は、図示しない筐体により支持されている。
スライド機構５０は、図１に示すように、フレーム４７を介して、無端ベルト４１が巻回されている各ローラ４３〜４６を刃先方向Ｙに沿って移動させるスライダ部５１を備えている。スライダ部５１としては、例えば、フレーム４７を支持する図示しない筐体と、該筐体を支持する図示しないステージを設け、ステージをサーボモータで移動させる機構などが挙げられる。よって、スライダ部５１を作動させることで、フレーム４７と共に無端ベルト４１を刃先方向Ｙに移動できるようになっている。
つまり、本実施形態では、包埋ブロックＢ及び無端ベルト４１を両方移動させるのではなく、単に無端ベルト４１が巻回されている各ローラ４３〜４６を、フレーム４７を介してスライダ部５１によって移動させるだけで、刃先方向Ｙに沿って無端ベルト４１と包埋ブロックＢとを相対的に移動させることができるようになっている。なお、スライダ部５１の作動は、Ｘステージ３０及びモータ４２と同様に、制御部６によって制御される。この作動に関しては、後に説明する。
つまり、本実施形態では、包埋ブロックＢ及び無端ベルト４１を両方移動させるのではなく、単に無端ベルト４１が巻回されている各ローラ４３〜４６を、フレーム４７を介してスライダ部５１によって移動させるだけで、刃先方向Ｙに沿って無端ベルト４１と包埋ブロックＢとを相対的に移動させることができるようになっている。なお、スライダ部５１の作動は、Ｘステージ３０及びモータ４２と同様に、制御部６によって制御される。この作動に関しては、後に説明する。
ところで、液槽７には、例えば水やお湯あるいは特定の溶液などである流体Ｗが貯留されている。また、液槽７は、スライド機構５０によって無端ベルト４１が刃先方向Ｙに沿って移動する際に干渉しないように、刃先方向Ｙに十分長くなるように設計されている。
制御部６は、図４に示すように、Ｘステージ３０によって、カッター２に対して包埋ブロックＢを接近離間方向Ｘに沿ったブロック速度ベクトルＶ１をもって相対的に接近させながら薄切片Ｓを切り出させる。この際、スライド機構５０による、刃先方向Ｙに沿った包埋ブロックＢと無端ベルト４１との相対的な移動速度ベクトルＶ２と、モータ４２による、搬送方向Ｔに沿った無端ベルト４１の搬送速度ベクトルＶ３とを、以下に示すように制御する。即ち、図４に示すように、移動速度ベクトルＶ２と搬送速度ベクトルＶ３とを合成した合成速度ベクトルＶ４が、ブロック速度ベクトルＶ１と略等しくなるように制御する。より具体的には、移動速度ベクトルＶ２と搬送速度ベクトルＶ３とのそれぞれの速さを、引き角θ１と搬送角度θ２を用いて、｜Ｖ２｜＝｜Ｖ１｜ｃｏｓθ１、｜Ｖ３｜＝｜Ｖ１｜ｓｉｎθ１／ｃｏｓθ２、に制御する。
次に、本実施形態の薄切片作製装置１を用いた薄切片Ｓの作製方法について説明する。図５は、本発明に係る薄切片Ｓの作製方法を示すフローチャートである。
まず、試料台３１上に包埋ブロックＢが載置されたカセットＣを所定の向きでセットする。続いて、包埋ブロックＢの高さを、Ｚステージ３２によって試料台３１を介して調整する。調整する高さは、例えば、包埋ブロックＢをカッター２によって所定の厚さ（３〜５μｍ程度）に薄切できる高さが好ましい。
まず、試料台３１上に包埋ブロックＢが載置されたカセットＣを所定の向きでセットする。続いて、包埋ブロックＢの高さを、Ｚステージ３２によって試料台３１を介して調整する。調整する高さは、例えば、包埋ブロックＢをカッター２によって所定の厚さ（３〜５μｍ程度）に薄切できる高さが好ましい。
包埋ブロックＢの高さ調整が終了した後、包埋ブロックＢを薄切して薄切片Ｓを切り出す切断工程Ｓ１と、薄切された薄切片Ｓを液槽７に搬送する搬送工程Ｓ２とを連続的に行う。即ち、図６及び図７に示すように、まず、包埋ブロックＢとカッター２とが接近するように、ガイドレール３０ａに沿ってステージ３０ｂを移動させる。これにより、カッター２によって包埋ブロックＢから薄切片Ｓを切り出すことができる。この際、カッター２には所定の引き角θ１がついているので、カッター２の切れ味を長期間維持しながら、薄切片Ｓを作製することができる。
一方、ステージ３０ｂの作動と同時に、スライド機構５０により無端ベルト４１を刃先方向Ｙに移動させながら、モータ４２を駆動して無端ベルト４１を走行させる。これにより、カッター２によって徐々に薄切されていく薄切片Ｓは、カッター２の上方に捲り上げられ、前部ローラ４３を乗り越えて、無端ベルト４１の上面４１ａに乗り始める。即ち、無端ベルト４１の一端側がカッター２の刃先２ａに近接された状態で配置されているので、包埋ブロックＢとカッター２とが相対的に移動することで、カッター２によって切り出された薄切片Ｓが無端ベルト４１の上面４１ａに自動的に載置される。そして、薄切片Ｓは、包埋ブロックＢから完全に切り離されると、無端ベルト４１の上面４１ａに載置された状態でカッター２の後方へ搬送された後、後部ローラ４４に向かって進む。そして、無端ベルト４１と共に液槽７まで搬送された薄切片Ｓは、液槽７に貯留された流体Ｗと接触した時点で無端ベルト４１から離脱する。そして、薄切片Ｓは、流体Ｗに浮かんだ状態となって伸展がなされる。これ以降、薄切片Ｓは、次工程に引渡される。これにより、薄切片Ｓを次工程に向けて自動的に搬送することができるので、切断工程Ｓ１にて薄切片Ｓを連続して作製することができる。
特に、上述した工程の際、制御部６によって、移動速度ベクトルＶ２と搬送速度ベクトルＶ３とを合成した合成速度ベクトルＶ４が、ブロック速度ベクトルＶ１と略等しくなるように制御する。よって、カッター２によって包埋ブロックＢから切り出され、無端ベルト４１の上面４１ａに既に乗り上げた薄切片Ｓの一部Ｐ１と、まだカッター２によって切り出されず、包埋ブロックＢ側に残っている（包埋ブロックＢと繋がっている）薄切片Ｓの一部Ｐ２とには、同じブロック速度ベクトルＶ１が作用する。
従来では、カッター２によって既に切り出された薄切片Ｓと、包埋ブロックＢ側に残っている薄切片Ｓとに作用する速度ベクトルが異なっていた。そのため、完全に薄切されるまでの間に薄切片Ｓに対して、異なる方向の力が作用してしまい皺や破れ等が生じ易かった。しかしながら、本発明によれば上述したように、１枚の薄切片Ｓ内において、既に薄切された部分Ｐ１と、まだ薄切されていない部Ｐ２との間で移動速度の差が発生しないため、薄切片Ｓに皺や破れが生じることがない。従って、薄切片Ｓを皺や破れのない状態で無端ベルト４１に受け渡すことができる。その結果、高品質な薄切片Ｓを搬送することができ、次工程に引き渡すことができる。
従来では、カッター２によって既に切り出された薄切片Ｓと、包埋ブロックＢ側に残っている薄切片Ｓとに作用する速度ベクトルが異なっていた。そのため、完全に薄切されるまでの間に薄切片Ｓに対して、異なる方向の力が作用してしまい皺や破れ等が生じ易かった。しかしながら、本発明によれば上述したように、１枚の薄切片Ｓ内において、既に薄切された部分Ｐ１と、まだ薄切されていない部Ｐ２との間で移動速度の差が発生しないため、薄切片Ｓに皺や破れが生じることがない。従って、薄切片Ｓを皺や破れのない状態で無端ベルト４１に受け渡すことができる。その結果、高品質な薄切片Ｓを搬送することができ、次工程に引き渡すことができる。
また、切断工程Ｓ１において、単に包埋ブロックＢの固定された試料台３１をＸステージ３０のガイドレール３０ａに沿って移動させるだけで、包埋ブロックＢとカッター２とを接近離間方向Ｘに沿って相対的に移動させることができる。また、無端ベルト４１が巻回された各ローラ４３〜４６を支持するフレーム４７をスライダ部５１によって刃先方向Ｙに沿って移動させるだけで、包埋ブロックＢと無端ベルト４１とを刃先方向Ｙに沿って相対的に移動させることができる。従って、包埋ブロックＢ、カッター２及び無端ベルト４１を異なる方向にそれぞれ移動させるといった複雑な動きが不要で、単に包埋ブロックＢと無端ベルト４１とをそれぞれ一方向に移動させるといった簡単な動きでかまわないので、Ｘステージ３０及びスライド機構５０の動きを単純化することができる。
また、搬送工程Ｓ２において、一般的な無端ベルト４１を利用して搬送体を構成しているので、構成の簡略化を図ることができる。特に、無端ベルト４１をモータ４２回転させることで、途切れることなく連続的に薄切片Ｓを搬送できるので、作製された薄切片Ｓをより効率良く搬送することができる。
また、搬送工程Ｓ２において、無端ベルト４１として所定の流体が一定量含有された無端ベルト４１を用い、薄切片Ｓと無端ベルト４１とを表面張力によって密着させながら薄切片Ｓを搬送する。これにより、無端ベルト４１上で薄切片Ｓの位置がずれることが無く、薄切片Ｓが無端ベルト４１から落下することがない。従って、薄切片Ｓを確実に次工程に向けて搬送することができる。
（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態を、図８及び図９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、包埋ブロックＢの固定されている方向である。
次に、本発明に係る第２実施形態を、図８及び図９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、包埋ブロックＢの固定されている方向である。
つまり、薄切片作製装置１０によれば、切断工程Ｓ１の際、Ｘステージ３０によって、カッター２の刃先２ａに対して包埋ブロックＢの側面が対向するように包埋ブロックＢが試料台３６に固定されながら、包埋ブロックＢとカッター２とが相対的に移動する。従って、切り出された薄切片Ｓが無端ベルト４１の上面４１ａに搬送方向Ｔに沿って平行に載置される。よって、搬送されてくる薄切片Ｓを次工程で取り扱いやすくなる。例えば、無端ベルト４１と平行な状態で薄切片が搬送されてくるので、次工程で薄切片Ｓをスライドガラス等の基板上に固定する際、位置決めが容易になる。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上記実施形態では、無端ベルト４１として所定の流体Ｗを一定量含有した無端ベルト４１を用いているが、搬送体はこれに限らない。例えば、図１０に示すように、包埋ブロックＢ及び無端ベルト４１のそれぞれに異なる極性の電荷を帯電させる帯電機構２０Ａを備える薄切片作製装置２０において、薄切片Ｓと無端ベルト４１とを静電気を用いて密着させてもかまわない。また、薄切片Ｓとの密着性は落ちるが、搬送体として単なる無端ベルトなどを用いてもかまわない。
また、上記実施形態では、切断工程Ｓ１において、包埋ブロックＢとカッター２とを接近離間方向Ｘに相対的に移動させるために、包埋ブロックＢを接近離間方向Ｘに沿って移動させたが、これに限らない。例えば、包埋ブロックＢの位置を固定して、カッター２を接近離間方向Ｘに沿って移動させてもかまわない。また、包埋ブロックＢ及びカッターの両者を、接近離間方向Ｘに沿って移動させてもかまわない。ただし、その際は、搬送機構４０をカッター２の作動に追随させる必要がある。
また、上記実施形態では、切断工程Ｓ１において、包埋ブロックＢと無端ベルト４１とを刃先方向Ｙに相対的に移動させるために、無端ベルト４１を刃先方向Ｙに沿って移動させたが、これに限らない。例えば、無端ベルト４１の位置を固定して、包埋ブロックＢを刃先方向Ｙに沿って移動させてもかまわない。また、包埋ブロックＢ及び無端ベルト４１の両者を、刃先方向Ｙに沿って移動させてもかまわない。
また、本実施形態では、切断工程Ｓ１において、スライド機構５０をＸステージ３０の作動開始と同時に作動させたが、この場合に限定されるものではない。即ち、包埋ブロックＢから切り出された薄切片Ｓが無端ベルト４１の上面４１ａに載置される際に、スライド機構５０が作動していればよい。例えば、切断工程Ｓ１において、Ｘステージ３０の作動開始から切り出された薄切片Ｓが無端ベルト４１に乗り上げ開始するまでに要する時間を予め記憶させ、この時間に基づいてスライド機構５０の作動を開始させる方法を用いてもかまわない。また、薄切片Ｓと無端ベルト４１との接点に、薄切片Ｓの乗り上げを検知して信号を発信する検知手段を設け、検知手段が発信した信号に基づいてスライド機構５０の作動を開始させる方法を用いてもかまわない。
１、１０、２０ 薄切片作製装置
２ カッター
２ａ カッターの刃先
６ 制御部
Ａ 生体試料
Ｂ 包埋ブロック
Ｓ 薄切片
Ｔ 搬送方向
Ｘ 接近離間方向
Ｙ 刃先方向
３０ Ｘステージ（接近離間機構）
３０ａ ガイドレール
３０ｂ ステージ
４０ 搬送機構
４１ 無端ベルト（搬送体）
４１ａ 無端ベルトの上面
４２ モータ（移動部）
５０ スライド機構
５１ スライダ部
Ｓ１ 切断工程
Ｓ２ 搬送工程
Ｖ１ ブロック速度ベクトル
Ｖ２ 移動速度ベクトル
Ｖ３ 搬送速度ベクトル
Ｖ４ 合成速度ベクトル
θ１ 引き角
Ｗ 流体
２０Ａ 帯電機構
２ カッター
２ａ カッターの刃先
６ 制御部
Ａ 生体試料
Ｂ 包埋ブロック
Ｓ 薄切片
Ｔ 搬送方向
Ｘ 接近離間方向
Ｙ 刃先方向
３０ Ｘステージ（接近離間機構）
３０ａ ガイドレール
３０ｂ ステージ
４０ 搬送機構
４１ 無端ベルト（搬送体）
４１ａ 無端ベルトの上面
４２ モータ（移動部）
５０ スライド機構
５１ スライダ部
Ｓ１ 切断工程
Ｓ２ 搬送工程
Ｖ１ ブロック速度ベクトル
Ｖ２ 移動速度ベクトル
Ｖ３ 搬送速度ベクトル
Ｖ４ 合成速度ベクトル
θ１ 引き角
Ｗ 流体
２０Ａ 帯電機構
Claims (12)
- 生体試料が包埋された包埋ブロックを薄切して薄切片を作製し、次工程に向けて搬送する薄切片作製装置であって、
前記包埋ブロックを所定の引き角で薄切するカッターと、
前記包埋ブロックと前記カッターとを、互いが接近離間する接近離間方向に沿って相対的に移動させ、前記包埋ブロックから前記薄切片を切り出す接近離間機構と、
前記カッターの刃先に一端側が近接した状態で配置され、切り出された前記薄切片が上面に載置される搬送体と、該搬送体を前記刃先と略平行な刃先方向に対して平面視略垂直な搬送方向に沿って移動させる移動部と、を有し、載置された前記薄切片を前記搬送方向に沿って前記搬送体の一端側から他端側に向けて搬送する搬送機構と、
前記包埋ブロックと前記搬送体とを前記刃先方向に沿って相対的に移動させるスライド機構と、
前記包埋ブロックから前記薄切片を切り出す際に、前記搬送方向に沿った前記搬送体の搬送速度ベクトルと、前記刃先方向に沿った前記包埋ブロックと前記搬送体との相対的な移動速度ベクトルと、を合成した合成速度ベクトルが、前記接近離間方向に沿った前記カッターに対する前記包埋ブロックのブロック速度ベクトルと略等しくなるように、前記スライド機構及び前記移動部の移動速度を制御する制御部と、
を備えていることを特徴とする薄切片作製装置。 - 請求項１に記載の薄切片作製装置において、
前記搬送体には、所定の流体が一定量含有されていること、
を特徴とする薄切片作製装置。 - 請求項１に記載の薄切片作製装置において、
前記包埋ブロック及び前記搬送体のそれぞれに、互いに異なる極性の電荷を帯電させる帯電機構を備えること、
を特徴とする薄切片作製装置。 - 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の薄切片作製装置において、
前記搬送体は、無端ベルトであること、
を特徴とする薄切片作製装置。 - 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の薄切片作製装置において、
前記接近離間機構は、前記接近離間方向に沿って延びたガイドレールと、前記包埋ブロックを保持した状態で前記ガイドレールに沿って移動自在なステージと、を備え、
前記スライド機構は、前記搬送体を前記刃先方向に沿って移動させるスライダ部を備えていること、
を特徴とする薄切片作製装置。 - 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の薄切片作製装置において、
前記接近離間機構は、前記カッターの刃先に対して前記包埋ブロックの側面が対向するように該包埋ブロックを固定していること、
を特徴とする薄切片作製装置。 - 生体試料が包埋された包埋ブロックをカッターによって薄切して薄切片を作製し、次工程に向けて搬送する薄切片作製方法であって、
前記包埋ブロックと前記カッターとを、互いが接近離間する接近離間方向に沿って相対的に移動させ、包埋ブロックから所定の引き角で前記薄切片を切り出す切断工程と、
前記切断工程で切り出された前記薄切片を、前記カッターの刃先に一端側が近接した状態で配置され、刃先と略平行な刃先方向に対して平面視略垂直な搬送方向に沿って移動する搬送体の上面に載置し、搬送方向に沿って搬送体の一端側から他端側に向けて搬送する搬送工程と、を備え、
前記切断工程及び前記搬送工程を行う際に、前記包埋ブロックと前記搬送体とを前記刃先方向に沿って相対的に所定の移動速度で移動させると共に、前記搬送体を所定の搬送速度で移動させて、前記包埋ブロックと前記搬送体との相対的な移動速度ベクトルと、前記搬送体の搬送速度ベクトルと、を合成した合成速度ベクトルが、前記接近離間方向に沿った前記カッターに対する前記包埋ブロックのブロック速度ベクトルと略等しくなるように制御すること、
を特徴とする薄切片作製方法。 - 請求項７に記載の薄切片作製方法において、
前記搬送体には、所定の流体が一定量含有されており、
前記搬送工程の際、前記流体の表面張力を利用して前記薄切片を前記搬送体に密着させながら該薄切片を搬送すること、
を特徴とする薄切片作製方法。 - 請求項７に記載の薄切片作製方法において、
前記搬送工程の際、前記薄切片と前記搬送体とを静電気によって密着させながら該薄切片を搬送すること、
を特徴とする薄切片作製方法。 - 請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の薄切片作製方法において、
前記搬送体として、無端ベルトを利用すること、
を特徴とする薄切片作製方法。 - 請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載の薄切片作製方法において、
前記切断工程の際、前記包埋ブロックを前記接近離間方向に沿って移動させると共に、前記搬送体を前記刃先方向に沿って移動させること、
を特徴とする薄切片作製方法。 - 請求項７から請求項１１のいずれか１項に記載の薄切片作製方法において、
前記切断工程の際、前記カッターの刃先に対して前記包埋ブロックの側面が対向するように、前記包埋ブロックと前記カッターとを相対的に移動させること、
を特徴とする薄切片作製方法。
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